f. i Larvik, norsk etnograf og zoolog. Med sine spektakulære ekspedisjoner og originale teorier var han en kontroversiell skikkelse og deltager i debatten om tidligere tiders kulturkontakt og -spredning.
1937–38 bodde Heyerdahl på en av Marquesas-øyene i Polynesia og studerte befolkningen og dens opprinnelse. Oppholdet er beskrevet i På jakt efter paradiset (1938) og Fatuhiva (1974). I 1939–40 drev han arkeologiske og etnografiske studier blant kystindianerne i British Columbia, Canada. Etter omfattende studier av etnografisk og kulturhistorisk materiale fra Polynesia, det amerikanske kontinent og Sørøst-Asia, fremsatte han den hypotese at Polynesia var befolket fra Amerika og ikke fra Sørøst-Asia, som var den vanlige oppfatning.
Heyerdahls ideer fikk liten tilslutning, og for å bevise at det var mulig for indianere å reise over Stillehavet til Polynesia før kolonitiden, seilte han i 1947 over Stillehavet med flåten Kon-Tiki. Dette fartøyet var en nøyaktig kopi av de forhistoriske indianske flåtene av balsatre, slik de ble laget i Peru. Ferden gikk fra Callao i Peru til Tuamotu-øyene i Polynesia (se Kon-Tiki-ekspedisjonen). Boken om ferden, Kon-Tiki-ekspedisjonen (1948), ble en verdenssuksess og er oversatt til over 60 språk. For filmen om ekspedisjonen fikk Heyerdahl Oscarprisen for beste dokumentarfilm i 1951. Det er også blitt laget dokumentarfilmer om flere av hans senere ekspedisjoner.
I 1952 utgav han American Indians in the Pacific: The Theory Behind the Kon-Tiki Expedition, hvor han presenterte sin hypotese for et faglig publikum og underbygde den med et omfattende materiale om arkeologi, etnografi, mytologi og legender, etnohistorie og fysisk antropologi, foruten botaniske og zoologiske data og en analyse av havstrømmenes og vindretningenes betydning. På dette grunnlag hevdet Heyerdahl at den første bosetning i Polynesia kom fra Peru omkring 500 e.Kr., og at en annen innvandring fra Nord-Amerikas nordvestkyst fulgte i tidsrommet 1000–1300 e.Kr.
For ytterligere å underbygge sin argumentasjon organiserte Heyerdahl Norsk arkeologisk ekspedisjon til Galapagos 1953. Sammen med to arkeologer gjorde han rike funn, bl.a. av oldsaker av indiansk opprinnelse – både fra inka-tiden og av eldre dato. Slike funn var aldri gjort i Polynesia tidligere. Resultatene ble lagt frem i Archaeological Evidence of Pre-Spanish Visits to the Galapagos Islands (1956). 1955–56 ledet Heyerdahl en ekspedisjon med 25 deltagere til Påskeøya og andre polynesiske øyer, hvor det ble foretatt omfattende utgravninger. Resultatene ble offentliggjort i Reports of the Norwegian Archaeological Expedition to Easter Island and the East Pacific (2 bd., 1961–65), og Indianer und Alt-Asiaten im Pazific (1966). På Påskeøya ble det funnet tre kulturepoker i stedet for den ene man før hadde regnet med. De store steinstatuene (se Påskeøya) tilhører 2. epoke. Utgravningene brakte for dagen en rekke eldre statuer av en annen type, som viser stor likhet med statuer i Tiahuanaco i Bolivias høyland. På Rapaiti ble ruinbyen Moronga Uta gravd ut, det største byggverk som er kjent fra Polynesia. Heyerdahl skildret ekspedisjonen i Aku-Aku, Påskeøyas hemmelighet (1957) og Sjøveier til Polynesia (1968). Han vendte tilbake til Påskeøya i 1986, og i 1989 kom boken Påskeøya – en gåte blir løst, som forteller om hvordan de store steinstatuene ble transportert og reist. Heyerdahls syn på Polynesias bosetningshistorie og de gamle kulturoverføringer i dette området står imidlertid svakt i dagens internasjonale forskning, bl.a. på grunnlag av nyere DNA-undersøkelser.
I mai 1969 la Heyerdahl og seks andre deltagere fra forskjellige land ut på en ferd fra Marokko til Amerika i sivbåten Ra, bygd av papyrus etter gammelegyptisk modell. Etter en seilas på 5000 km måtte mannskapet forlate flåten øst for Barbados. Ferden ble gjennomført med Ra II i 1970 (se Ra-ekspedisjonene), og viste at slike sivbåter kan ha seilt med Kanari-strømmen over Atlanterhavet for 5000 år siden. Dette kan bidra til å forklare arkeologiske funn i Amerika som tyder på forbindelse over havet i forhistorisk tid. I november 1977 la Heyerdahl ut på enda en ferd med sivbåt, Tigris, som ble bygd i Irak. Herfra gikk seilasen ut Persiabukta via Karachi til Djibouti, hvor båten ble brent 3. april 1978 i protest mot krigstilstanden på Afrikas horn (se Tigris-ekspedisjonen). Samme år kom for øvrig boken Early Man and the Ocean.
Etter Tigris-ekspedisjonen utforsket Heyerdahl, i samarbeid med arkeologer fra Universitetet i Oslo, forhistorien til øygruppen Maldivene i Indiske hav. Undersøkelsene brakte for dagen over 800 år gamle funn etter før-muslimske nybyggere på øyene, noe Heyerdahl satte i forbindelse med forhistorisk sjøfart i området. Maldiv-ekspedisjonen er beskrevet i boken Mysteriet Maldivene (1986). Han drev også forskning i Peru (Pyramidene i Tucume, 1993) og på Kanariøyene. I 1992, i forbindelse med feiringen av 500-årsjubileet for Columbus' «oppdagelse» av Amerika, kom boken Skjebnemøte vest for havet. De beseiredes historie. Da Heyerdahl fylte 80 år i 1994, kom Kon-Tiki-boken i praktutgave, og året etter kom CD-ROM-platen Kon-Tiki Interaktiv. I Adams fotspor: en erindringsreise kom i 1998.
I 1999 utgav Heyerdahl boken Ingen grenser, der han fremsatte en teori om at den norrøne gudetroens Åsgård lå i svartehavsområdet og at Odin egentlig var en høvding fra folkevandringstiden. De relevante fagmiljøene reagerte stort sett med en hoderystende avskrivelse av Heyerdahls seriøsitet som forsker.
I de siste tiår var Heyerdahl også sterkt engasjert i internasjonalt miljøvernarbeid, noe som bl.a.resulterte i bøkene Befolkningsbomben, overbefolkning, krig og fred (1985, sm.m. A. Fjørtoft og J. O. Johansen) og Grønn var jorden på den syvende dag (1991). Han mottok en rekke utmerkelser; æresdoktor ved Universitetet i Oslo 1961. Thor Heyerdahl ble bisatt i Oslo domkirke på statens bekostning.