Thomas Pesquet parle le français, l'anglais, le russe, l'espagnol et l'allemand. Il pratique le parachutisme, la plongée et est ceinture noire de judo. Il est membre de deux associations professionnelles liées à l'astronautique : l’Association aéronautique et astronautique de France (3AF) et l’Américaine Institue of Aeronautics and Astronautics (AIAA).
 
 Après avoir été choisis pour partir dans l'espace, Thomas Pesquet entame le long programme d'entraînement et d'apprentissage qui doit le préparer à sa future mission à bord de la Station spatiale international. Les formations, selon leur nature, se déroulent principalement en Allemagne, en Russie et aux États-Unis. À la Cité des étoiles, située dans la banlieue de Moscou, il s'entraîne à piloter le vaisseau Soyouz dans toutes les situations normales et d'urgence durant les phases critiques du vol, c'est-à-dire au décollage, lors du rendez-vous en orbite avec la station spatiale et lors de la rentrée atmosphérique. Il s'habitue dans une centrifugeuse à subir des accélérations croissantes jusqu'à 9 g qui pourraient se produire en cas de rentrée atmosphérique non contrôlée. Il effectue des exercices pratiques dans la taïga russe en Sibérie pour apprendre à survivre en cas d'atterrissage dans une étendue d'eau ou dans une zone située hors du périmètre prévu qui nécessiterait d'attendre les secours de 2 à 3 jours. Au Centre Spatial Lyndon B. Jonhson de la NASA situé à Houston au Texas, il se familiarise avec les différents systèmes de la station spatiale gérés via un réseau d'une centaine d'ordinateurs portables. Il se forme plus particulièrement à la maintenance des systèmes de support-vie (gestion des systèmes liés à l'eau, l'air et les gaz) et des scaphandres qui relèveront de sa responsabilité durant son séjour dans l'espace. La station spatiale constitue un environnement fragile et les astronautes sont formés de manière intensive aux procédures d'urgence à appliquer lorsque l'une des trois situations critiques suivantes survient : empoisonnement de l'atmosphère par l'ammoniac du circuit de régulation thermique, départ de feu et perte de l'atmosphère interne liée à une brèche dans la paroi. Il apprend à manipuler le bras télécommandé Canadarm 2 utilisé pour déplacer les cargos spatiaux mais également les astronautes dans l'espace. Dans le bassin du Laboratoire de flottabilité neutre qui contient une maquette à l'échelle 1 d'une grande partie de la station spatiale, Pesquet répète, revêtu d'un scaphandre spatial lourd, les opérations qu'il aura à effectuer en cas d'intervention dans l'espace nécessitant une sortie extravéhiculaire. Pesquet séjourne à Tsukuba au Japon pour se familiariser avec le laboratoire spatial japonais Kibo partie intégrante de la station spatiale internationale. Pesquet participa aussi à plusieurs stages de préparation pour forger l'esprit d'équipe etc...