Saat usianya 10 tahun, ayah Thomas Mayne meninggal karena demam. Hal tersebut membuat Mayne yang merupakan anak tertua dari empat bersaudara harus membantu ibunya.
Mayne juga dianugerahi suara yang sangat indah. Hal tersebut membuatnya bisa mendapat beasiswa di Holy Trinity College, Kew, pada 1914. Tapi pada kenyataannya ia lebih tertarik dalam bidang kimia dibandingkan bernyanyi.
Lalu pada 1920 ia bekerja sebagai asisten laboratorium di sebuah perusahaan di Bacchus Marsh, ia mengambil pekerjaan tersebut dan bersamaan dengan perusahaan tersebut diambil alih oleh Nestle.
Karena kecintaannya pada kimia, ia akhirnya dipindahkan ke Sydney. Ia belajar di Sydney Technical College pada malam hari dan kemudian ia bekerja pada siang hari.
Sebagai seorang siswa yang meraih nilai tertinggi di seluruh negara masa itu pada 1933, ia dianugerahi medali dari gubernur New South Wales, Sir Philip Game.