Από το 1964 έως το 1966 εργάστηκε ως επιστημονικός βοηθός του Κωνσταντίνου Α. Δοξιάδη, και ασχολήθηκε με θεωρητικές μελέτες και έρευνα. Το 1963 ίδρυσε το Γραφείο Μελετών «Αλέξανδρου Ν. Τομπάζη» αναλαμβάνοντας αρχιτεκτονικά έργα στην Ελλάδα και το εξωτερικό.

Το ενδιαφέρον του για τη τεχνολογία και η πρώτη πετρελαϊκή κρίση τον ώθησε να ασχοληθεί με τις δυνατότητες αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας και άλλων εναλλακτικών πηγών.

Από τη δεκαετία του 1970 εστίασε στην αρχιτεκτονική με έμφαση στον Βιοκλιματικό Σχεδιασμό και εφάρμοσε τις αρχές του σε μεγάλη κλίμακα. Θεωρούσε ότι για να σχεδιαστεί ένα κτίριο πρέπει να ληφθούν υπ’ όψιν τα κλιματικά χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος του και να αξιοποιηθούν με το καλύτερο δυνατό τρόπο.

Τιμήθηκε σε περισσότερους από 95 πανελλήνιους διαγωνισμούς και σε 15 διεθνείς διαγωνισμούς. Ηταν μέλος της Ελληνικής Εταιρίας Ηλιακής Ενέργειας, της Passive and Low Energy Architecture (PLEA), του Διοικητικού Συμβουλίου Ελληνικού Ινστιτούτου Αρχιτεκτονικής (ΕΙΑ) και της Ελληνικής Αρχιτεκτονικής Εταιρίας.