2002 wurde Tom Lüthi Dritter in der Deutschen Meisterschaft und Zweiter in der Europäischen Meisterschaft. Danach konnte er in sieben Rennen in der Weltmeisterschaft an den Start gehen. 2003 fuhr er seine erste vollständige Saison in der WM. Highlight war ein zweiter Platz in Katalonien. 2004 erwies sich als wahrer Alptraum für den Fahrer aus Oberdiesbach. Die Saison war durchzogen von Unfällen und Verletzungen. Sein bestes Resultat war ein 11. Platz in Sepang. Er wurde nur 25. in der Gesamtwertung. Dennoch etablierte er sich 2005 als einer der Titel-Anwärter und wurde, mit vier Siegen und acht Podestplätzen, 125ccm-Weltmeister. Aber eine weitere Verletzung im Jahre 2006 verhinderte alle Ambitionen, den Titel zu verteidigen. 2007 wechselte Lühti in die 250ccm-Kategorie, wo er die Saison als Achter beendete. 2009 wurde er Siebenter in der Gesamtwertung und 2010 startete er ins Abenteuer Moto2, wo er Gesamtvierter wurde. Im Jahr darauf gelang Lüthi der erste Sieg in der Kategorie, beim Rennen in Malaysia war er mit seiner Suter und dem Interwetten Paddock-Team nicht zu schlagen. Hinzu kamen drei weitere Podestplätze, er schloss das Jahr als Fünfter ab und verbesserte sich 2012 auf Gesamtrang vier. Auch 2013 blieb er in dieser Mannschaft, verletzte sich aber bei den Tests vor der Saison schwer. Die vollständige Genesung dauerte einige Monate. Lüthi wollte 2014 mit dem gleichen Team einen Angriff auf den Titel starten, konnte aber erst gegen Ende der Saison wieder an alte Leistungen anknüpfen. 2015 wechselt Lüthi auf eine Kalex und ins umstrukturierte Derendinger Interwetten Racing Team. Er beendete das Jahr als Fünfter, landete vier Mal auf dem Podium, inklusive eines Sieges in Le Mans und holte eine Pole Position in Sepang. Lüthi bleiben auch 2016 im Team und errang zum ersten Mal in seiner Karriere zwei Siege in Folge. Er beendete das Jahr als Zweiter im Titelkampf und wollte 2017 noch besser werden. Er wollte Franco Morbidelli bis zum Ende der Saison herausfordern, bevor er nach einem Sturz beim GP von Malaysia im weiteren Verlauf der Saison nicht mehr mithalten konnte. Luthi machte 2018 mit EG 0,0 Marc VDS den Schritt in die MotoGP™, aber nach einer schwierigen Rookie-Saison ging der Schweizer in die Zwischenklasse zurück, wo er 2019 mit einem Knall zurückkehrte und sich auf dem Weg zum dritten Platz in der Meisterschaft acht Podestplätze - einschließlich des Sieges in Amerika, sicherte. Der Schweizer Veteran verbleibt für 2020 in der Moto2™ beim Liqui Moly Intact GP, aber sein Titellangriff kam nie so richtig in Gang, da er trotz einer konstanten Top-10-Form während der Saison kein einziges Podium erreichte. 2021 wechselt er zum SAG TKKR Team.