Championne olympique du 100 m papillon lors des Jeux d’Athènes 2004, l’Australienne va s’imposer avec le relais australien dans deux nouvelles épreuves le 4×200 m nage libre et le 4×100 quatre nages. Avec ses trois médailles d’or, elle efface à 25 ans ses précédents échecs aux Jeux où elle avait remporté trois médailles d’argent et une de bronze à Sydney devancée par sa compatriote Suzie O’Neill et une médaille d’argent à Atlanta.

Pour une fois, cette athlète qui adore la compétition n’avait pas de séquelles de ses nombreuses blessures à l’épaule. La dernière en date l’avait été pour éteindre son réveil, un matin.

Elle a ensuite été choisie pour porter le drapeau australien lors de la cérémonie de clôture des Jeux d’Athènes. Thomas a annoncé qu’elle se retirait de la natation en compétition à la fin des Jeux. Elle est devenue entraineure de natation dans l’académie créée par son mari à Cambera.