Tháng 3 năm 1878 là đầu thời kỳ Edison bắt tay vào việc điều tra và nghiên cứu đèn điện. Vào thời bấy giờ người ta chỉ biết tới nguyên tắc của đèn hồ quang là loại đèn được phát minh vào khoảng chừng năm 1809. Khi đốt đèn hồ quang, người ta phải luôn luôn thay thỏi than, ngoài những đèn còn phát ra tiếng cháy sè sè và cho một sức nóng quá cao, kèm theo một mùi không dễ chịu, không thích hợp với việc xử dụng trong nhà .
Vào năm 1831, Michael Faraday tìm ra nguyên tắc của máy ma-nhê-tô là cỗ máy sinh ra những tia lửa đốt loại khí bên trong động cơ dầu lửa. Tới năm 1860, một loại đèn điện sơ sài sinh ra tuy chưa thực dụng nhưng đã khiến cho người ta nghĩ tới năng lực của điện lực trong việc làm phát sáng. Thomas Edison cũng cho rằng điện lực hoàn toàn có thể phân phối một thứ ánh sáng dịu hơn, rẻ tiền hơn và bảo đảm an toàn hơn ánh sáng của đèn hồ quang của William Wallace. Edison đã tìm đọc toàn bộ những sách báo tương quan tới điện học. Ông muốn thấu triệt sâu rộng triết lý về điện lực để hoàn toàn có thể mang kiến thức và kỹ năng của mình vào những vận dụng thực tiễn. Ngày nay trong số 2,500 cuốn sổ tay 300 trang được Viện Edison cất giữ, người ta còn thấy hơn 200 cuốn ghi chép về điện học. Chính những điều ghi chép này đã là cơ bản của những tò mò vĩ đại của thiên tài Edison trong khoanh vùng phạm vi Khoa Học và Kỹ Thuật .
Thời bấy giờ, báo chí truyền thông nói nhiều đến công cuộc điều tra và nghiên cứu của Edison về đèn điện làm cho những công ty đèn thắp bằng khí đốt lo lắng trong khi đó Edison khuyên những hội viên của Doanh Nghiệp Đèn Điện Edison ( the Edison Electric Light Co. ) bỏ thêm 50,000 đô la để ông theo đuổi khu công trình điều tra và nghiên cứu. Hồi đó trong phòng thí nghiệm tại Menlo Park có vào lúc 50 người thao tác không ngừng. Bình điện, dụng cụ, hóa chất và máy móc chất cao trong những phòng điều tra và nghiên cứu. Đồng thời với việc điều tra và nghiên cứu đèn điện, Edison còn phải nâng cấp cải tiến rất nhiều máy móc khác cũng như tìm ra những kỹ thuật thiết yếu vì vào thời bấy giờ, kỹ nghệ điện lực còn trong quá trình phôi thai. Cũng nhờ điều tra và nghiên cứu đèn điện, Edison đã sáng tạo ra cầu chì, cái ngắt điện, đynamô, những lối mắc dây. . .
Căn cứ từ đèn hồ quang của Wallace, Edison thấy rằng có thể có ánh sáng từ một vật cháy sáng bằng cách đốt nóng. Edison đã dùng nhiều vòng dây kim loại rất mảnh rồi cho dòng điện có cường độ lớn đi qua để những vòng dây đó nóng đỏ lên, nhưng chỉ sau chốc lát, các vòng đó đều cháy thành than. Vào tháng 4 năm 1879, Edison nẩy ra một sáng kiến. Ông tự hỏi cái gì sẽ xẩy ra nếu sợi dây kim loại được đặt trong một bóng thủy tinh không chứa không khí? Edison liền cho gọi Ludwig Boehm, một người thợ thổi thủy tinh tại Philadelphia tới Menlo Park và phụ trách việc thổi bóng đèn. Việc rút không khí trong bóng đèn cũng đòi hỏi một máy bơm mạnh mà vào thời đó chỉ có tại trường đại học Princeton. Cuối cùng Edison cũng mang được chiếc máy bơm đó về Menlo Park.
Edison thử cho một sợi sắt kẽm kim loại rất mảnh vào trong bóng thủy tinh rồi rút không khí ra hết, khi nối dòng điện, ông có được thứ ánh sáng trắng hơn, thời hạn cháy cũng lâu hơn nhưng chưa đủ. Ngày 12 / 04/1879, để bảo vệ phát minh của mình, Edison xin bằng bản quyền sáng tạo về bóng đèn cháy trong chân không mặc dầu ông biết rằng loại đèn này chưa hoàn hảo nhất vì ông chưa tìm ra được một thứ gì dùng làm tóc trong bóng đèn. Edison đã dùng sợi Platine nhưng thứ này quá đắt tiền lại làm tốn nhiều điện lực hơn là cho ánh sáng hữu dụng. Edison đã thử với nhiều thứ sắt kẽm kim loại hiếm, ví dụ điển hình như Rhodium, Ruthenium, Titane, Zirconium và Baryum nhưng tổng thể những chất đó chưa cho hiệu quả khả quan .
Vào 3 giờ sáng ngày Chủ Nhật, 19/ 10/ 1879, trong khi Edison và Batchelor, người cộng sự, đang cặm cụi thí nghiệm thì nhà phát minh chợt nghĩ tại sao không dùng một sợi than rất mảnh. Edison nghĩ ngay tới thứ thường dùng nhất trong nhà là sợi chỉ may. Ông liền bảo Batchelor đốt cháy sợi chỉ để lấy các sợi than rồi cho vào bóng đèn. Khi nối dòng điện, đèn cháy sáng, phát ra một thứ ánh sáng không đổi và chói chan. Edison và các cộng sự viên thở ra nhẹ nhõm. Nhưng mọi người đều không rõ đèn cháy sáng như vậy được bao lâu? 2 giờ trôi qua, rồi 3, 4.. . rồi 12 giờ.. . đèn vẫn sáng. Edison đành nhờ các cộng sự viên thay thế để đi ngủ. Chiếc đèn điện đầu tiên của Thomas Edison đã cháy liền trong hơn 40 giờ đồng hồ khiến cho mọi người hân hoan, tin tưởng vào kết quả. Lúc đó, Edison mới tăng điện thế lên khiến cho sợi dây cháy sáng gấp bội rồi đứt hẳn.
Rất hãnh diện về phát minh của mình, Edison viết thư mời viên chủ nhiệm tờ báo New York Herald gửi đặc phái viên tới Menlo Park. Ký giả Marshall Fox đã tới phòng thí nghiệm của Edison và cùng nhà phát minh làm việc trong hai tuần lễ. Sáng Chủ Nhật 21/12/1879, tờ báo Herald tường thuật về sự phát minh ra chiếc đèn điện nhưng bài tường trình này đã làm đại chúng nghi ngờ và có người còn cho rằng “một thứ ánh sáng như vậy trái với định luật thiên nhiên”. Có nhà báo lại khôi hài câu chuyện và bảo “đèn điện của
Edison đã được ông dùng bóng bay thả lên trời thành những ngôi sao 5 cánh lấp lánh lung linh ban chiều ” .
Edison rất buồn cười về những lời phủ nhận thực sự. Ông quyết định hành động trình diễn trước đại chúng chiếc đèn điện để phá vỡ mọi mối không tin. Ông cho treo hàng trăm bóng đèn điện quanh phòng thí nghiệm, quanh nhà ở và dọc theo những con đường tại Menlo Park. Ngày 31/12/1879, một chuyến xe lửa đặc biệt quan trọng đã xuôi ngược New York – Menlo Park, mang theo hơn 3,000 người hiếu kỳ gồm cả những nhà khoa học, những giáo sư, những nhân viên cấp dưới chính quyền sở tại cũng như những nhà kinh tài tới quan sát tận mắt chiếc đèn điện. Đêm hôm đó cả vùng Menlo Park tràn ngập trong ánh sáng chan hòa của một thứ đèn mới .
Ngoài ra, sau khi phát minh thành công xuất sắc bóng đèn Edison thì cũng lập ra Công ty Đèn điện Edison
