Fisico e elettrotecnico inglese, autore di numerosi studi di radiotelegrafia, elettrotecnica e fotometria, noto anche per l'enunciazione "delle regole delle tre dita o regole di Fleming".

Fleming s'iscrisse all'University College di Londra all'età di 16 anni e si laureò in Scienze nel 1870. Dopo un breve periodo in cui insegnò alla Rossall School, ritornò a Londra al Royal College of Chemistry per lavorare alle dipendenze dell'eminente chimico Sir Edward Frankland. Nel 1874 fu nominato insegnante di scienze al Cheltenham College, e fu sua la prima relazione letta di fronte all'appena costituita Physical Society di Londra. Tre anni dopo andò a Cambridge per lavorare alle dipendenze del professor James Clerk Maxwell. Inoltre, per un breve periodo, fu professore di matematica e fisica all'University College di Nottingham.

Nel 1881, quando l'illuminazione elettrica iniziò ad attirare l'interesse del pubblico, Fleming iniziò la sua collaborazione decennale con l'Edison Electric Light Company di Londra. La sua grande conoscenza pratica lo qualificò come consulente elettrotecnico, e in questa veste aiutò molte aziende municipali nella stesura di piani di elettrificazione e nella risoluzione di problemi.

Nel 1885 Fleming divenne il primo professore d'elettrotecnica all'University College di Londra, carica che tenne per oltre quarant'anni, fino al 1926. Le sue doti d'insegnante e conferenziere gli fecero avere molti inviti per parlare di fronte al pubblico della Royal Institution e della Royal Society of Arts. Il suo trattato di telegrafia fu per molti anni il testo di riferimento sull'argomento.

Come ovvio, il suo lavoro collegato all'introduzione del telefono e della luce elettrica in Inghilterra lo portò nel campo della radio. Per oltre venticinque anni fu consulente scientifico della Marconi Wireless Telegraph Company, e fu parzialmente responsabile del progetto della prima stazione transatlantica a Poldhu. Non è tuttavia per Poldhu che si deve ricordare Fleming. Il trionfo di Poldhu appartiene a Marconi. Fu un piccolo bulbo elettrico, "una ricaduta secondaria della lampada elettrica ad incandescenza", che permise a Fleming di reclamare la sua parte di gloria.

Nel 1883 Edison aveva notato il fenomeno chiamato "effetto Edison", senza essere in grado né di spiegarlo né di sfruttarlo in alcun modo. Le sue osservazioni si erano limitate a constatare che, quando una piastra metallica collegata ad un filo era piazzata dentro una lampadina, si produceva un flusso di corrente positiva. Fleming, partendo da queste osservazioni, riprese l'idea e scoprì che lo stesso effetto accadeva con la corrente alternata, producendo un flusso esclusivamente positivo: nel tubo sotto vuoto gli elettroni evaporano dal filamento incandescente (il catodo) e vanno verso l'anodo, viaggiando in una sola direzione.
Studiando le cause fondamentali dell' "effetto", Fleming scoprì che la combinazione placca-filamento poteva essere usata come raddrizzatore di correnti alternate, non solo per quelle di rete, a bassa frequenza, ma anche per quelle ad alta frequenza usate nelle trasmissioni senza fili.

Questo "raddrizzatore", collegato a un rilevatore Marconi, convertiva i segnali radio in corrente alternata in deboli segnali in corrente continua, riconoscibili da un ricevitore telefonico: era il 1904 (il brevetto fu richiesto in Gran Bretagna il 16 Novembre). Come disse Fleming, "l'anello mancante nelle trasmissioni senza fili era stato 'trovato' ed era una lampadina elettrica!". Lo scienziato comprese che il diodo poteva essere usato in un ricevitore radio come "rilevatore" più affidabile ed efficiente di un cristallo, ma sfortunatamente perse interesse in esso e decise di cercare di sviluppare invece un sistema di rilevazione a galena. L'invenzione di Fleming fu l'antenata del triodo e delle altre valvole ad elettrodi multipli.

I nomi "diodo" e "valvola termoionica" descrivono bene il dispositivo. "Valvola" fu scelto da Fleming perché permette alle correnti di fluire in una sola direzione e "termoionica" contiene il suffisso thermos, che in greco significa caldo; diodo a sua volta è l'unione fra "di", che significa due, e "odo", contrazione di "elettrodo", cioè "due elettrodi".

Per quest'invenzione, la Royal Society of Arts di Londra premiò nel 1921 Fleming con il suo più prestigioso riconoscimento, la Gold Albert Medal. Inoltre Fleming fu fatto baronetto, nel marzo 1929, per i suoi "importanti contributi nella scienza e nell'industria".