在致力于电灯事业的扩展中，爱迪生忽略了后来被认为是19世纪末期的一项最重要的科学发现。在爱迪生对白炽灯进行完善化的过程中，他发现由于炭丝在白炽状况下不断损坏，造成了灯泡的损坏。出于好奇，他在灯泡中封入了一根铜丝，这也许可以抑制灯丝的挥发。结果并没有达到他的目的，但却发现了一个特别的现象。在灯泡亮的时候，也就是处于受热阶段时，如果给铜丝加上正电压，虽然铜丝与炭丝并不相连，而且是在真空的条件下，但灯丝与铜丝之间依然有电流通过。如果炭丝没有受热，或者给铜丝加上负电压，则不会出现这种现象。
遗憾的是爱迪生没有继续研究下去，只是将这一事实记在日记本里，又在论文中加以描述，最后于1883年写成专利书呈报上去。这就是后来被称之为“爱迪生效应”的现象。这种现象直到20年后才得以解释。
1884年8月9日凌晨，妻子玛丽因患伤寒去世了。她被安葬在纽约快乐山的墓地中。鲜花围绕着玛丽的墓碑。妻子的去世对爱迪生产生了极大的影响。他感到从未有过的孤寂。他经常回忆起家庭带给自己的温馨。现在，门罗公园能给予发明家的除了悲伤与回忆外，别的什么也没有了。他将两个儿子送到了纽约托外祖母代管。大女儿多特本来住在纽约的寄宿学校，母亲去世后，她就回到了父亲身边陪伴着他。为了消除寂寞，爱迪生常带女儿到戏院去，也会偶尔弹弹钢琴作为消遣。他要借此把在长期的工作中绞紧的心舒解开来。
前妻去世两年之后，他遇到了米娜·米勒。这是位禀赋不凡而又文雅的女性，爱迪生与米娜一见钟情。1886年2月，他们幸福地结合了。婚后，爱迪生买下了新泽西州西奥兰治郊区的一所漂亮的房子，举家迁居这里（有趣的是，160年前爱迪生的祖先们从荷兰移民美国大陆时，也是在新泽西州安家）。这时，他才重新又拥有了一个温暖的家。几年后，他们又有了两个儿子和一个女儿。
在这期间，爱迪生的实验室解决了许多当时新型电力工业提出的新的课题。各种专业人员在他的领导下，有组织有计划地进行着工作，有力地促进了研究工作的进展。爱迪生创业初期的许多宏伟计划大都得以实现。其后的20年里，这一带先后建起了国民留声机公司、爱迪生电池公司等等。
19世纪80年代中期以前，作为将电力设想化为现实的领导人物，爱迪生的地位一直是高高在上、无人企及的。他的发电厂利用直流发电机将电力传输给用户们。但是到了80年代后期，这种稳固的地位开始受到来自交流电的冲击。
毋须否认，直流系统从诞生的那一刻起就存在着必然的缺点。爱迪生的独立电厂一般都是建立在人口稠密的中心地区，这是因为电在传输过程中消耗得太多，以至于由发电厂输送的电力距离不能超过1英里。这样便无法解决人口稀疏的偏远地区人们的用电问题。此外，直流输送的电力必须把电压局限在250伏以内，如果超出这一标准便会烧毁灯丝，危及用户安全。于是有识之士开始构想一种新的传输方式。
爱迪生研究所里有一位叫尼古拉·特斯拉的克罗地亚人，在直流电遇到的问题中他推想，如果不断地使原线圈通断、通断，使之不停地流动，副线圈中不就可以不断地感应出电流吗？由于电流的瞬间通断，人们不会察觉出电灯的明灭闪烁。这种大小和方向不断变化的电流，就是交流电。特斯拉发现了这种装置可以提高或者降低电压，副线圈中的匝数越多则感应出的电压就越高，原副线圈的匝数比就是它们的电压比，这就是变压器的基本原理。特斯拉是一位注重理论的物理学家，他始终坚信交流电会成为历史的趋势。抱着坚定的信念，特斯拉先后几次同爱迪生讨论过发电机革新的几种潜在方案。假如这时的爱迪生能够少一些偏执、多几分考虑的话，那么历史恐怕就要改写了。然而事实却并非这样，不久之后，两人便因为一件小事分道扬镳了。
离开爱迪生之后的特斯拉终于找到了一位合作伙伴——乔治·威斯汀豪斯。这是一位精通电流知识的伙伴，他们的合作既愉快又成功。不到1年的时问，他们便将交流电引向了实际的应用当中。1888年，特斯拉建成了交流电传送系统。对两位合作者来说，他们的电力系统前景辉煌。而对爱迪生而言，这却是严重危机的开始。
爱迪生开始利用人们对待电力的畏惧心理，在各种新闻周刊上发表文章，讲述交流电的危害，以此来阻挠人们使用交流电。此外，他还在《电灯之危险》、《当心》这类小册子中详细罗列了交流电可能导致的种种危险……
但是，历史的潮流是不可抗拒的。新生事物虽然稚嫩，不乏缺点毛病，但它终究会一步步地迈向成熟。短暂的挫折之后，交流电终于还是以它的多种优点赢得了用户市场。实践结果证明，它更加适用于人类的生活。从此，无论城市、农村、平原抑或是山区，都可以得到电力的供应了。从这时起，一个崭新的电气化时代正在悄然开始。
在这场激烈的电流交锋中，爱迪生失败了。虽然他在人们眼中仍然是一位英雄，真正的英雄。遗憾的是，这位发明家却在这次关于电力传输技术的激烈纷争中，显露出了偏执、顽固与守旧。他已经由一位电力应用的倡导者逐步变成了电力技术改革的绊脚石。
1888年，经过一系列内部改革，爱迪生将许多商业性公司合并成立了统一的爱迪生通用电气公司。随着公司的建立，爱迪生拥有了更多的时间与金钱，这些更加促进他的发明与实验。特别在“有声电影”方面，他做出了巨大的探索与贡献。
随着电力方面的突破和摄影技术的发明，人类开始接触到一项新奇的事物——电影。
1889年，爱迪生一家乘船横渡大西洋，前往巴黎参加世界博览会。另外，他还打算在那儿会见马雷，增强他对电影的兴趣。看来他的确下了决心，他要为眼睛做点什么，就像留声机为耳朵所做的一样。爱迪生的到来轰动了整个法国，他受到了最高规格的礼遇。其中与马雷博士的会晤，对于探索有声电影的爱迪生来说，起着至关重要的作用。他在马雷的实验室中第一次看到了一种连续显示相片的装置。爱迪生立刻意识到了这种装置的重要性。欧洲归来之后，他便集中精力试验他看到的条形底片。
1891年5月20日，爱迪生为自己的新发明起了一个名称，叫做“活动物体的连续照片放映机”。这是一种展现活动物体照片的器具，它既无放影机也无银幕。爱迪生关键性的一项发明便是，使用伊斯特曼发明的条幅式“软片”，循其长度拍摄了一系列的相片。然后通过链轮卡在底片两边的孔眼上，使底片以仔细调整好的速度在闪光灯前面经过，当一格画面运行到窗口时，正好电灯闪亮又立即熄灭，如此不断重复，每秒钟可以造成46个影像，每分钟便有2760个，这样放映出的画面就好像连续运动似的。
1893年，爱迪生实验室的庭院中建起了世界上第一座“摄影棚”。这是座长方形的建筑，中间部分特别高，顶部有一个很大的窗。整个摄影棚可以放在围成半圆形的铁轨上移动，以保证拍摄区域内有自然光线照射。由于这座摄影棚是由木头和黑色防水纸搭造，所以人们将其称之为“黑玛利亚”。
20世纪初，爱迪生在西奥兰治乡村俱乐部举行了一次“有声电影”表演。爱迪生要制造“会说话的电影”的梦想似乎就要实现了。他放映了小提琴曲、女声独唱以及诺曼底的钟声与场景……人们激动地看到当一只瓷盘摔到地上时，耳边响起了物品落地时的破碎声。
尽管表演是成功的，但爱迪生还是放弃了对“有声电影”的深入研究。因为他觉得，声与形的同步问题是其中最简单的，困难的是使留声机放出的声音传到一定距离，而且不能把它放在放映机的视焦范围之内。举个例子：你站在留声机1米远的地方测定的音量为100，那么到2米远的距离音量就只有25了。音响效果不理想，爱迪生便想到使用字幕。
这期间，美国的电影业就像雨后春笋似的处在了一个蓬勃发展的新时期。同时，人们仍难以忘怀爱迪生提出的“会说话的电影”的美好梦想。
虽然爱迪生为电影的兴起和发展奠定了重要的、不可缺少的基础，可晚年的爱迪生仍然谦虚地表示，对于电影的发展，他仅仅是在技术上出人与力，其他的都是别人的功劳。电影的发明人虽不止爱迪生一人，但他却真实地使电影走出了实验室。他留给电影界的至今仍有价值的遗产，是35毫米的标准规格和用以改进每幅影片画面的四个链轮齿孔的定位法。