1877年，爱迪生发明了碳电话发射器，这一发明使电话成为商业实用产品。在此之前，电话通信一直非常不实用，通话质量差且不稳定。爱迪生的碳电话发射器显着提高了通话质量，使电话通信变得更加可靠。他将自己的发明权卖给了西联公司，而西联公司又与亚历山大·格雷厄姆·贝尔支持的公司达成了协议。此后许多年里，电话设备上都有贝尔和爱迪生的名字。用爱迪生的话说，双方各占一半——他发明了发射器，贝尔发明了接收器。
同年，爱迪生还发明了锡箔留声机，这是世界上第一台可以记录和复制声音的机器。锡箔留声机的出现引起了巨大的轰动，为爱迪生带来了国际声誉。1878年4月，爱迪生应邀前往白宫，向当时的美国总统拉瑟福德·伯查德·海斯（Rutherford B. Hayes）演示锡箔留声机。这次演示不仅展示了爱迪生的天才发明，还使他得到了政府和公众的高度认可。
锡箔留声机的工作原理相对简单，但它开创了音频记录和播放的新纪元。爱迪生通过一个带有针头的圆筒，将声音振动转化为机械运动，再通过针头在锡箔上刻下波纹，从而实现声音的记录。播放时，针头沿着波纹移动，重新产生原始的声音振动，实现了声音的再现。
1878年9月，托马斯·阿尔瓦·爱迪生在观看了一场500烛光功率的弧光灯展览后，宣布他将发明一种安全、廉价的电灯，以取代千家万户的煤气灯。不仅如此，他还计划采用与弧光灯不同的配电方法来实现这一目标。电灯的概念并不新鲜，许多科学家和工程师都曾研究甚至开发过各种形式的电灯，但到那时为止，还没有研发出任何一种家用的实用电灯。爱迪生深知，要想取代煤气灯成为最常用的照明工具，仅靠发明实用的电灯是远远不够的。因此，他的最终成就不仅是发明了白炽灯，还发明了一整套电力照明系统，该系统包含了使白炽灯实用、安全和经济的所有必要元素。
在爱迪生生前获得的1,097项美国专利中，有356项涉及电灯、发电和配电，这是迄今为止授予个人的最多专利。经过一年半的努力，爱迪生终于取得了成功。1879年10月21日，爱迪生展示了碳丝灯，这是一盏带有碳化缝纫线灯丝的白炽灯，持续燃烧了13个半小时，由他特制的高压发电机提供电流。12月，爱迪生的白炽灯照明系统首次公开演示，在门洛帕克的试验电灯站，30盏灯组成的电路闪闪发光，每盏灯的开启或关闭都不会影响其他灯。这一系统的成功不仅展示了白炽灯的优越性能，还证明了电力照明系统的可行性和可靠性。
在接下来的几年里，爱迪生创建了电力工业。1882年9月，位于曼哈顿下城珍珠街的第一座商业发电站投入运营，为一平方英里范围内的用户提供照明和电力，开启了世界城市电气照明的先河。这一事件标志着电力时代的正式开始，彻底改变了城市的夜景和人们的生活方式。电灯的成功让爱迪生名利双收，电力也随之传遍全球。爱迪生的多家电气公司不断发展壮大，直到1889年，这些公司合并成立了爱迪生通用电气公司。尽管公司名称中使用了爱迪生，但他从未实际控制过这家公司。发展白炽灯行业所需的巨额资金需要摩根等投资银行家的参与。1892年，当爱迪生通用电气公司与其主要竞争对手汤姆森-休斯顿公司合并时，爱迪生从公司名称中消失，该公司成为了通用电气公司。
1883年，爱迪生迎来了另一个重要的科学发现，这就是后来被称为“爱迪生效应”的现象。爱迪生在这一成就中发现了一个前所未知的现象，即一根独立的电线或电板放在电灯泡灯丝的两脚之间，可以作为控制电流流动的阀门。这一发现揭示了现代电子科学的基本原理。同年，爱迪生申请了一项采用“爱迪生效应”的电指示器专利，这是电子领域的首次应用。这一发现不仅为电子学的发展奠定了基础，还为后来的无线电通信和电子管技术铺平了道路。
1884年，爱迪生的妻子玛丽去世，给这段成功时期蒙上了阴影。爱迪生在电力行业的商业活动使得他在门洛帕克的时间越来越少。玛丽去世后，爱迪生更少呆在门洛帕克，而是和三个孩子住在纽约。一年后，爱迪生在新英格兰的朋友家度假时，遇到了米娜·米勒，并坠入爱河。这对新人于1886年2月结婚，并搬到了新泽西州的西奥兰治，爱迪生在那里为他的新娘购买了一处名为格伦蒙特的庄园。爱迪生与米娜一直住在这里，直到去世。
事实证明，门洛帕克的设施无法满足爱迪生日益增长的科研需求。他开始四处寻找更适合他需要的地方。当爱迪生搬到西奥兰治时，他正在附近新泽西州哈里森的电灯工厂的临时设施中进行实验工作。结婚几个月后，爱迪生决定在离家不到一英里的西奥兰治建造一个新的实验室。此时的爱迪生已拥有足够的资源和经验来建造“现存设备最好、规模最大的实验室，以及优于任何其他实验室的快速、廉价开发发明的设施”。1887年，爱迪生将他的工作室从门洛帕克搬到了西奥兰治，并在那里建立了爱迪生实验室（现为国家纪念碑），其规模是之前的十倍。
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