Il più giovane della dinastia dei Pettersson era considerato colui che avrebbe raccolto l'eredità di Gosta, ma non fu così. E dire che la sua pedalata era forse la migliore dei quattro fratelli scandinavi, non così il suo temperamento. Fu probabilmente questo aspetto a frenarlo al punto di creargli una quasi insofferenza verso i ritmi e le difficoltà che il ciclismo professionistico imponevano. Fatto sta che colui che doveva raccogliere l'eredità del più decorato e anziano dei Pettersson, chiuse la carriera prima del più celebre fratello. Un fatto singolare, ma spiegabile, appunto, con la sua determinazione non proprio da grintoso. Certo, si misero di mezzo la sfortuna ed i malanni più vari, ma rimane la singolarità.
Da dilettante vinse, assieme ai fratelli Gosta, Erik e Sture, tre mondiali nella 100 chilometri a squadre: nel '67 a Heerlen, nel '68 a Montevideo e nel '69 a Brno. Non andò così bene alle Olimpiadi di Città del Messico '68, dove giunse un pur sempre apprezzabilissimo argento. Assieme ai fratelli passò professionista nel 1970, all'interno della Ferretti di Alfredo Martini. Su Tomas il team puntava e lui rispose il più possibile, ma alla fine fu un incompiuto. Nel 1970 vinse assieme al fratello Gosta il Trofeo Baracchi, gara nella quale giunse secondo l'anno dopo. Nel 1971 aldilà di sempre discreti piazzamenti vinse la tappa di Lugano del Giro della Svizzera Romanda. Il suoi ultimi successi, sicuramente i più importanti, l'anno seguente, quando vinse a Ladispoli la prima tappa della Tirreno Adriatico. Perse la maglia di leader nella seconda tappa a vantaggio dello svizzero Fuchs, ma poi fu autore di una grande cronometro finale, dove vinse ex equo con Roger De Vlaeminck. Al "gitano di Ecklo" andò la corsa a tappe e Tomas finì terzo. Alla fine del '73 il più giovane dei Pettersson chiuse col ciclismo.

Le sue prestazioni al G.P. Terme di Castrocaro.
Tomas Pettersson, partecipò alle edizioni del 1971e '72 della corsa forlivese. Arrivò quinto a 5'45" da Gimondi nella prima occasione. L'anno successivo, invece, giunse terzo, a 2'17", da Swerts. Era bravino a cronometro, anche quando correva in solitaria e non si smentì nemmeno sulle strade forlivesi.