Sir C. Wyville Thomson, i sin helhet Sir Charles Wyville Thomson, (född 5 mars 1830, Bonsyde, West Lothian, Skottland—dog 10 mars 1882, Bonsyde), skotsk naturforskare som var en av de första marinbiologerna som beskrev livet i havsdjupet.efter att ha studerat medicin vid University of Edinburgh föreläste Thomson i botanik vid University of Aberdeen (1850-51) och Marischal College (1851-52) men koncentrerade sig alltmer på zoologi efter hans utnämning till ordförande för naturhistoria i Cork och Belfast (1853-68), i Irland.

När han utsågs till professor i naturhistoria i Edinburgh (1870) hade Thomson redan riktat sin uppmärksamhet uteslutande till studien av marina ryggradslösa djur. Ombord på två djuphavsmuddringsexpeditioner norr om Skottland (1868-69) upptäckte han en mängd olika ryggradslösa livsformer—många tidigare trodde utdöda—till ett djup av 650 famnar. Han fann också att djuphavstemperaturer inte är så konstanta som man hade tänkt, vilket indikerar närvaron av oceanisk cirkulation. Thomson beskrev dessa fynd i djupet av havet (1873).

1872 inledde han en utforskning ombord på HMS Challenger. Besättningen gjorde observationer och ljud av de tre stora havsbassängerna vid 362 stationer under en mycket framgångsrik omkörning på 68 890 sjömil (127 600 kilometer). Thomson blev riddare när han återvände 1876.