Seguendo la tradizione familiare, oltre alla medicina si è interessato anche alla filosofia, all'archeologia, al diritto e alla filologia. Affetto da tubercolosi polmonare, nel 1640 Bartolini scese verso la Francia e l'Italia nella speranza che il clima mite potesse essere di beneficio alla sua salute; nel contempo frequentò le università del luogo. Si recò dapprima a Parigi, poi a Orléans, a Montpellier, ha studiato a Napoli e infine a Padova, dove migliorò la tubercolosi, ma si ammalò di calcolosi renale. Nello Studio patavino Thomas Bartholin divenne allievo di Johann Vesling (1598-1649) il quale lo aiutò nella revisione delle Institutiones anatomicae del padre, pubblicate nel 1645, e di Giovanni Domenico Sala. Durante il suo soggiorno padovano, nel marzo 1642 fu uno degli studenti che assistettero alla scoperta del dotto pancreatico fatta da Johann Georg Wirsung. Durante il soggiorno nella città venera strinse anche un rapporto di collaborazione e amicizia con lo studioso italiano Cecilio Folli.[1]
Nel 1675 fece un resoconto della pratica della variolizzazione, mediante inoculazione di materiale proveniente da paziente ammalato di vaiolo in forma lieve, così come era praticata nelle campagne danesi[2].
De medicis poetis dissertatio, Hafniae: apud D. Paulli, 1669
De monstris in natura et medicina
De morbis biblicis miscellanea medica, Francofurti: D. Paulli, 1672
De nivis usu medico observationes variae. Accessit D. Erasmi Bartholini de figura nivis dissertatio. (coautore Rasmus Bartholin) Copenaghen: Typis Matthiase Godichii, sumptibus Petri aubold, 1661
(LA) Thomas Bartholin, De morbis biblicis, Francofurti, ex Bibliopolio Hafniensi Danielis Pauli, Regii librarii, 1697. URL consultato il 10 maggio 2015.
