穆勒的国家队生涯始于2004年入选的德国16岁以下国家足球队。此后，他还曾代表德国各级别的青年队参赛。2009年8月，他被召入德国21岁以下国家足球队，并在1比3负于土耳其的友谊赛中完成首秀。他在该级别国家队共获得了6次上阵机会，其中在以11比0战胜圣马力诺的比赛中射入己方的第8球。2009年10月，已在拜仁一线队展露头角的穆勒引起了德国国家足球队主教练约阿希姆·勒夫的注意，后者公开表示会考虑将其召入国家队，尽管这遭到了拜仁董事会的反对，但在一个月后，穆勒还是被列入了德国对阵科特迪瓦友谊赛的参赛名单，