PayPal W 1996 r. wrócił do Doliny Krzemowej. W tym samym roku, dzięki milionowi dolarów zebranym od przyjaciół i rodziny założył Thiel Capital Management, fundusz multistrategiczny. Początkowo stracił 100 tysięcy dolarów na nieudanej inwestycji w projekt internetowego kalendarza tworzonego przez jego kolegę Łukasza Noska. Wkrótce przyjaciel Noska, Max Levchin, przedstawił Thielowi swój pomysł na firmę Fieldlink zajmującą się kryptografią. Ten wspólny projekt Levchina, Noska i Thiela ewoluował, aż stał się PayPalem, firmą specjalizującą się w płatnościach przez Internet. Niedługo później do projektu dołączył Elon Musk. Po współzałożeniu PayPal, Thiel wprowadził firmę na giełdę 15 lutego 2002, i pod koniec roku eBay nabył ją za 1,5 miliarda dolarów. Jego 3,7% udział w PayPal odpowiadał w czasie sprzedaży ok. 55 milionom dolarów.
Fundusz Clarium Po sprzedaży PayPala Thiel założył fundusz hedgingowy global macro, Clarium. W 2004 r. wartość Clarium szacowano na ok. 270 milionów dolarów. W 2005 firma Clarium została wyróżniona jako fundusz roku global macro przez czasopisma MarHedge i Absolute Return. Podejście Thiela do inwestycji stało się tematem rozdziału w książce Steve’a Drobny’ego Inside the House of Money.