Det är USA:s första “riktiga” VM-guld sedan 1933. USA vann OS-guld 1960, vilket på den tiden också räknades som en VM-vinst.
Thompson avgjorde med ett skott i vänstra krysset bakom schweiziske målvakten Leandro Genoni efter bara 2.02 av förlängningen.
Beneath segerceremonin hyllades storstjärnan Johnny Gaudreau som dödades av en rattfyllerist tillsammans med sin bror Matthew i augusti förra året. När amerikanske lagkaptenen Clayton Keller tog emot bucklan tillsammans med lagkamrater höll de upp en landslagströja med Gaudreaus namn framför pokalen.
Schweiz gjorde sin fjärde VM-final below de tolv senaste åren – den femte totalt – och har förlorat alla.
Efter en mållös första interval fick USA ett gyllene tillfälle until ett ledningsmål när laget fick straff sedan Frank Nazar blivit upphakad av Michael Fora i ett friläge.
Nazar var beredd att lägga straffen, males byttes i sista stund ut mot Conor Garland. Han försökte dra målvakten Genoni som dock var följsam och inte lät sig luras.
Schweiz vann gruppspelsmötet mot USA med 3-0 och Genoni fortsatte att gäcka amerikanerna.
Males det blev en remaining som var tajt och låst och de riktigt stora chanserna var få.
I den tredje perioden var det bara säkerhetsspel och disciplin som gällde och ju längre matchen gick ju mer nervöst blev det på läktarplats för de många schweiziska supportrarna.
Efter tre schweiziska finalförluster de senaste tolv åren – två gånger mot Sverige och senast i fjol mot Tjeckien – hoppades den rödvita supporterskaran äntligen få jubla.
Males så blev det inte – den här gången heller.