Team Elite (2021–2022)

Pada 25 Mei 2021, Thompson menandatangani kontrak dua tahun dengan Overtime Elite (OTE), liga profesional baru yang berbasis di Atlanta untuk pemain berusia 16 hingga 20 tahun. Ia bergabung bersama saudara kembarnya, Amen, dengan melewati tahun terakhir sekolah menengah dan tidak melanjutkan ke perguruan tinggi.^[2][3][4] Pada musim 2021–22, Thompson bermain untuk Team Elite, salah satu dari tiga tim di liga tersebut, dan mencatat rata-rata 14,7 poin, 8,2 rebound, 3,0 assist, serta 2,2 blok per pertandingan.^[5][6] Ia berkompetisi melawan tim OTE lainnya serta tim prep school dan postgraduate.^[7] Thompson memimpin timnya meraih gelar juara liga dan dinobatkan sebagai MVP Final setelah mencetak 20 poin dan 11 rebound dalam kemenangan 52–45 atas Team OTE pada gim ketiga yang menentukan.^[8] Ia juga bermain untuk afiliasi OTE, Team Overtime, dalam The Basketball Tournament 2022 pada Juli 2022.^[2] Timnya kalah 74–70 dari Omaha Blue Crew pada putaran pertama.^[9]

City Reapers (2022–2023)

Pada musim OTE 2022–23, Thompson ditunjuk sebagai kapten City Reapers dan bermain bersama Amen.^[10] Pada 12 Desember 2022, ia meraih penghargaan Player of the Week liga.^[11] Ia kembali meraih penghargaan yang sama pada 6 Februari 2023 setelah mencatat rekor liga 12 assist dalam satu pertandingan, disertai 17 poin dan delapan rebound dalam 21 menit melawan Holy Rams.^[12] Pada akhir musim reguler, ia dinobatkan sebagai MVP OTE dan masuk All-OTE First Team dengan rata-rata 16,3 poin, 7,1 rebound, 6,1 assist, dan 2,4 steal per pertandingan.^[13][14] Thompson memimpin Reapers meraih gelar liga dengan kemenangan 3–0 atas YNG Dreamerz dan kembali terpilih sebagai MVP Final. Pada gim terakhir, ia mencetak tembakan tiga angka penentu kemenangan dengan tiga detik tersisa.^[15]

Pada 21 April 2023, ia menyatakan diri mengikuti Draf NBA 2023 dan diproyeksikan sebagai pilihan 10 besar.^[13]

Detroit Pistons (2023–sekarang)

Detroit Pistons memilih Thompson dengan pilihan keseluruhan kelima dalam Draf NBA 2023, satu tingkat di bawah saudara kembarnya, Amen.^[16] Mereka menjadi pasangan saudara pertama dalam sejarah NBA yang terpilih dalam lima besar draft yang sama.^[17]

Pada 25 Oktober 2023, Thompson menjalani debut musim reguler NBA dengan mencatat empat poin, tujuh rebound, tiga assist, dan lima blok dalam kekalahan 103–102 dari Miami Heat. Ia menjadi pemain termuda dalam sejarah NBA yang mencatat setidaknya lima blok pada laga debut, pada usia 20 tahun 269 hari.^[18] Ia merupakan bagian dari tim Pistons yang mencatat rekor kekalahan beruntun terpanjang dalam satu musim NBA (28 pertandingan) pada musim 2023–24. Thompson tampil dalam 63 pertandingan (38 sebagai starter) dengan rata-rata 8,8 poin, 6,4 rebound, dan 1,9 assist. Pada 20 Maret 2024, ia mengakhiri musim lebih awal setelah menjalani perawatan akibat penggumpalan darah.^[19]

Pada 2025, ia tampil untuk pertama kalinya di babak playoff NBA.