Ο Νικόλαος Θωμαϊδης έχει πτυχίο Χημικού και διδακτορικό από το Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ). Στη συνέχεια έκανε μεταδιδακτορική έρευνα στο Micro and Trace Analysis Center (MiTAC), Τμήμα Χημείας του Παν. της Αμβέρσας (Universitaire Instelling Antwerpen, U.I.A., 1998) καθώς και στο Εργαστήριο Χημείας του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών (1999) , αξιοποιώντας διαδοχικές υποτροφίες από το Ιδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ).

Εκλέχθηκε Λέκτορας στο Εργ. Αναλυτικής Χημείας, Τμ. Χημείας του ΕΚΠΑ το 2003 και το 2018 έγινε Καθηγητής. Το 2017 εξελέγη μέλος του Ειδικού Επταμελούς Οργάνου της Επιτροπής Ερευνών του ΕΚΠΑ, εκπρόσωπος της Σχολής Θετικών Επιστημών, και από το 2018 διατελεί Πρόεδρος στην Εταιρεία Αξιοποιήσεως και Διαχειρίσεως της Περιουσίας του Πανεπιστημίου Αθηνών Α.Ε. Η έρευνα της ομάδας του εστιάζει στην ανάπτυξη μεθόδων για την ανίχνευση και ταυτοποίηση νέων ενώσεων σε τρόφιμα και περιβάλλον με τεχνικές φασματομετρίας μαζών υψηλής διακριτικής ικανότητας, την τεκμηρίωση της αυθεντικότητας τροφίμων εθνικής προτεραιότητας, και τη διερεύνηση αναδυόμενων ρύπων στο περιβάλλον, με συνεχή ερευνητική δραστηριότητα τα τελευταία 25 χρόνια και έμφαση σε εφαρμογές στη χημεία τροφίμων και χημεία περιβάλλοντος

Το ερευνητικό έργο του έχει σημαντική διεθνή αναγνώριση καθώς έχει περισσότερες από 205 ερευνητικές εργασίες σε περιοδικά με συντελεστή απήχησης και >6500 ετεροαναφορές, h-index 47. Έχει σημαντική εμπειρία στον τομέα της ιχνοανάλυσης ανόργανων και οργανικών ενώσεων (ιχνοστοιχεία, βιοδραστικές ουσίες και επιμολυντές) στα τρόφιμα και το περιβάλλον με προηγμένες τεχνικές φασματομετρίας μαζών και έχει πολύχρονη εμπειρία στην επίβλεψη και συντονισμό ερευνητικών έργων και ερευνητικών ομάδων και τη διαχείριση ερευνητικών προγραμμάτων (όπως φαίνεται στην ιστοσελίδα της ερευνητικής ομάδας http://trams.chem.uoa.gr/). Έχει συντονίσει πολλά εθνικά συγχρηματοδοτούμενα προγράμματα, έχει συμμετάσχει σε αρκετά διεθνή ανταγωνιστικά προγράμματα και έχει πολλές αναπτύξει διεθνείς συνεργασίες.