Сэр Уильям вернулся на Мадейру в следующем году, на корабле «Яалла Рук». По легенде, с борта корабля он послал сообщение в сторону дома Блэнди: «Выйдешь за меня замуж?» Последовал ответ: «Да». Правда это или нет, однако Томсон и Фрэнсис Анна, вторая дочь Блэнди, 24 июня 1874 года поженились в часовне британского консульства на Мадейре. Через два дня Томсону исполнилось 52 года. Фанни (как все называли Фрэнсис Анну) было 36. Разлучила их только смерть Томсона. Фанни умерла в 1916 году, через девять лет после кончины Уильяма.
Приехав в Великобританию, пара построила себе дом в Нетерхолле, рядом с Ларгсом, примерно в 50 км от Глазго. Это было одним из первых жилищ в Великобритании с электрическим освещением, которое сначала питалось от батарей, а затем - от газовых генераторов. Томсон также оборудовал дома лабораторию - свою третью лабораторию, поскольку на «Лалла Рук» у него тоже было помещение, посвященное экспериментам. Можно сказать, что жизнь Уильяма перевернулась. Энергичная Фанни всегда была готова помочь супругу с социальной стороной его деятельности, в которой тот был не особо искусен.
Около 1860 года Томсон начал писать учебник по натуральной философии. Он делал это вместе с Питером Гатри Тэтом ( 1831-1901), шотландским физиком и математиком, занявшим после Форбса кафедру в Эдинбурге. Томсон и Тэт собирались написать трактат, в котором были бы рассмотрены проблемы различных областей физики с точки зрения закона сохранения энергии. Кроме того, они собирались сделать текст полезным для студентов, то есть он не ограничивался бы рассмотрением обычных задач, а охватывал более сложные проблемы, связанные с промышленными разработками (например, паровые машины, телеграфные кабели и так далее). Это был абсолютно новаторский подход. Тэт писал Томсону в 1861 году:
«Я думаю, что мы можем составить в трех средних томах курс экспериментальной физики и математики, более полный, чем существуют (насколько я знаю) на французском и немецком языках. На английском я не знаю ни одного».
Сразу же стало ясно, какие темы следовало осветить в работе: кинематика и динамика, гидростатика и гидродинамика, свойства материи, звук, свет, тепло, электричество и магнетизм - то есть все, что сегодня известно как классическая физика. Томсон и Тэт были первыми, кто решил объединить эти фрагменты знания в одну дисциплину.
Проект учебника по натуральной философии похвален, но он чрезвычайно скучен. В то же время я надеюсь, что он сможет предложить Вам идеи для более ценных работ. Написать такую книгу - значит лучше понять пробелы, которые еще остались в науке.
Герман фон Гельмгольц, письмо Томсону, 1862 год
Однако Тэт во время этой работы столкнулся с гораздо большим количеством трудностей, чем представлял вначале.
Томсон, занятый тысячью вопросов, очень редко подключался к работе, из-за чего Тэт испытывал постоянное разочарование.
«Давай разделим работу и возьмемся за нее. В среднем три или четыре (или даже меньше) часов в день приведут нас к книге через шесть недель», — писал Тэт в 1861 году. «Я сейчас пошлю тебе просмотренные заголовки, чтобы ты смог оценить, соответствуют ли они твоим представлениям, которые, признаюсь, я не смог четко понять из твоих записей»,— таким было другое его сообщение, датированное началом 1862 года. «Я бы хотел, чтобы ты вернул мой набросок главы о свойствах материи с твоими исправлениями и прочим, и как только она будет готова, я перепишу ее тщательно и полно», — торопил он коллегу, когда спустя некоторое время от Томсона по-прежнему не было никаких новостей. В июне 1864 году терпение Тэта начинало иссякать:
«Мне бы хотелось, чтобы ты продвигался вперед. Эта большая книга очень беспокоит меня. ( ...] Если ты посылаешь мне только фрагменты, да и то редко, что я могу сделать? Ты мне даже не присылал и намека на то, что ты хочешь сделать в нашей главе о статике жидкостей и газов! Сейчас все очень плачевно; сообщаю тебе, что ты сделал в два раза больше зимой, чем делаешь сейчас. Я послал тебе кучу бумаг на просмотр уже десять дней назад, но от тебя никаких новостей на этот счет. Ты предложил несколько абсурдных задач, которые я не стал утруждаться решать».