中国科学院院士、固体物理学家，中国半导体学科和红外学科创始人之一
物理学家。江苏金坛人，1938届校友，1942年毕业于重庆中央大学物理系。1950年获美国芝加哥大学物理系硕士学位。中国科学院上海技术物理研究所研究员。发现金属Ce的高压相变起源于原子半径的突然收缩(可解释成4f电子被“挤”入5d电子态)。首创金刚石高压容器，成为国际上高压物理研究的重要仪器。在我国开创了窄禁带半导体分支学科，带领科研群体对碲镉汞晶体的材料、器件和物理进行了系统研究。开创和参与研制太阳电池、温差电致冷器、半导体高能粒子计数器以及硫化铅、热敏电阻型、锑化铟、锗掺汞和碲镉汞等红外探测器，其中许多器件已成功地用于我国空间遥感和军事探测等先进装备中。1991年当选为中国科学院院士(学部委员)。
固体物理学家
留美期间发现金属Ce的高压相变起源于原子半径的突然收缩（可解释成4f电子被“挤入”5d电子态）；首创金刚石高压容器，成为国际上高压物理研究的重要仪器。1957年对锗光电导光谱分布作了定量的解释，实验证实表面复合在光电过程中的重要作用，提出的理论被国内外著名学者引入专著。
发现固体晶体原子新相。汤定元1948年秋进入芝加哥大学物理系学习，不久就在该校的金属研究所高压物理实验室找到一个半时工作的研究助理的位置，在Lawson教授的指导下工作。 汤定元进入高压实验室的第一项工作是用大颗粒多晶铍做高压容器，用x射线通过铍容器摄取粉末样品在高压下的衍射线。汤定元对设备做了些改动，对样品进行反复的测量研究，发现金属铈的晶体结构在高压下仍然保持常压下的晶体结构面心立方，但体积突变却达16.5%。 压力下晶体结构的变化导致体积变化是当时已知的科学事实，是容易理解的；然而，实验却发现固体在压力下晶体结构没有发生变化，而体积却发生突变。实验事实与传统思维相悖，新发现也由此而生：这一突变只能是原子半径突然缩短的结果，即原子外壳层中电子分布的改变引起的相变。 新创高压物理仪器 上述实验已经接近铍金属高压容器耐压上限。要想得到更高的压力，必须采用机械强度更高的材料。汤定元和他的导师选择了金刚石，但金刚石太硬，不可能在上面钻孔。他们想出了一个巧妙的方法：用两片大小相同的金刚石，在每片上硬磨出一个半圆形槽，合起来就是一个圆形孔道，用来放置活塞和样品；另外再做一个小巧的施压设备。汤定元拿到这个小设备后，就用碲粉作样品，很快就取得了碲的x射线的衍射线。
1 951年汤定元离开高压实验室回国时，把这个设备移交给一位同事。1965年到1973年期间，这个金刚石高压容器又有了三次重要改进，成为高压物理研究中常用的重要仪器。
中国半导体学科和红外学科创始人之一
参加和指导研制了硅太阳能电池、高能粒子探测器等多种光电器件；研制了硫化铅、锑化铟、锗掺汞、碲镉汞等各种红外探测器的材料和顺件。在把半导体红外器件成功地应用于中国探测、空间遥感方面，有开拓性贡献。
长期从事半导体物理和器件、红外物理和器件的研究，是中国半导体学科创始人之一，也是中国红外物理和技术的奠基者。在中国开创了窄禁带半导体分支学科，带领科研群体对碲镉汞晶体的材料器件和物理性能进行全面系统的研究。开创和参与多种器件的研制，包括太阳电池温差电致冷器，半导体高能粒子计数器以及硫化铅 ，热敏电阻，锑化铟，锗掺汞和碲镉汞等红外探测器，其中许多器件已成功地用于中国空间遥感和军事探测等先进装备中。发表论文100多篇，专著译著12种。
1962年，汤定元参加了国家科学发展远景规划的制定，红外技术与应用光学被并列作为国家的发展重点。汤定元先后组织领导了硅太阳能电池、温差制冷器、热敏电阻红外探测器等的研制，它们被装备到军用、人造卫星、工业和科研设施上，以及用作航空航天遥感等多种红外系统中。