Thomas Zilli effectue des études de médecine à l’Université de Udine, en Italie, où il obtient en 2004 un diplôme et un doctorat. Arrivé en Suisse en 2005 et dès 2006 aux HUG, il complète sa formation par une spécialisation en radio-oncologie. Entre 2009 et 2010, il effectue un séjour post-doctoral à la Faculté de médecine de Montréal où il se forme dans les techniques de curiethérapie prostatique. De retour aux HUG en 2010, d’abord comme chef de clinique, puis comme chef de clinique scientifique, il concentre ses travaux sur le traitement de radiothérapie de haute précision du cancer de la prostate. En parallèle à son activité clinique de responsable de la radiothérapie au sein du Centre de la prostate des HUG, il est investigateur principal ou collaborateur de plusieurs projets nationaux et internationaux, financés notamment par le FNS, par la Fondation Movember, ou encore par la Fondation Velux. Membre actif du Groupe suisse de recherche clinique sur le cancer (SAKK), de la Plateforme européenne de recherche sur le cancer et du Groupe français de radiothérapie en urologie, il dirige un groupe de recherche qui travaille sur le développement des nouvelles techniques de radiothérapie stéréotaxique et l’optimisation de la prise en charge du cancer prostatique. Privat-docent de la Faculté de médecine de l’UNIGE en 2015 puis chargé de cours en 2017, il est nommé professeur assistant au Département de radiologie et informatique médicale en juillet 2020.