Für die Norwegen nahm Thoresen im Juniorenbereich an der U18-Junioren-B-Weltmeisterschaften 2000 und der U18-Junioren-Weltmeisterschaft 2001 sowie den U20-Junioren-B-Weltmeisterschaften 2001 und 2002 teil. Im Seniorenbereich stand er im Aufgebot seines Landes bei den B-Weltmeisterschaften 2004 und 2005 sowie bei den A-Weltmeisterschaften 2006, 2007, 2009, 2010, 2012, 2013 und 2015. Zudem trat er für Norwegen bei den Olympischen Winterspielen 2010 und 2014 an.