В 1872 года Тизелтон Дайер стал личным секретарём Джозефа Долтона Гукера, затем — профессором Королевского сельскохозяйственного общества.
С 1875 по 1885 Уильям Тизелтон Дайер работал ассистентом директора Королевских ботанических садов Кью Гукера. В 1877 году он женился на старшей дочери Гукера Хэрриет Энн (1854—1945). В 1880 году Тизелтон Дайер был избран членом Лондонского королевского общества. В 1892 году он стал обладателем Медали Кларка Королевского общества Нового Южного Уэльса. В 1899 году Тизелтон-Дайер был удостоен рыцарского звания.
С 1885 по 1905 Тизелтон-Дайер возглавлял Королевские ботанические сады Кью. После ухода с должности директора жил в Уиткоме близ Глостера.