Am 5. Dezember 2006 wurden im Zoo zum ersten Mal seit über 30 Jahren zwei Eisbären geboren. Das Muttertier verstieß jedoch den Nachwuchs, wodurch eines der Jungen nach vier Tagen starb. Die Zoodirektion entschied, das überlebende Junge perHandaufzuchtdurch Dörflein großziehen zu lassen. Dörflein wurde in den ersten Monaten durch seine intensive Pflege die wichtigste Bezugsperson des Eisbären und gab ihm den Namen „Knut“. Die Aufzucht erfolgte unter großem medialen Interesse, in dessen Folge verstärkt auch Dörflein ins Blickfeld der Öffentlichkeit gelangte.
Für seinen Einsatz bei der Aufzucht des Eisbären erhielt Dörflein am 1. Oktober 2007 denBerliner Verdienstorden.Zudem wurde er zusammen mit Knut auf einerSilberprägungderMünze Berlinverewigt.Im Dezember 2007 wählten ihn die Leser derBerliner Morgenpostund die Hörer des Radiosenders94,3 rs2zum beliebtesten Berliner.Die publikumswirksame Verleihung zweier Fernsehpreise (Goldene HenneundBambi) lehnte der Tierpfleger ab.
Im April 2008 diagnostizierten Ärzte bei Dörflein zunächst Blasenkrebs. Jedoch starb er am 22. September 2008 überraschend im Alter von 44 Jahren an einem Herzinfarkt, verursacht durch eine Thrombose.Am 10. Oktober 2008 wurde Dörflein im engsten Familienkreis auf dem FriedhofIn den KisselnimBerliner Bezirk Spandaubeigesetzt.Zu Ehren des Verstorbenen wurde von der Fördergemeinschaft von Tierpark und Zoo Berlin e. V. der „Thomas-Dörflein-Preis“ gestiftet, mit dem jährlich verdiente Tierpfleger ausgezeichnet werden sollen.Posthumwurde ihm der „Berliner Bär“ derB.Z.als Ehrenpreis für die Aufzucht des EisbärenKnutverliehen.