Торнтон успешно выступал в OHL за клуб Sault Ste. Marie Greyhounds. За два сезона Джо в 125 играх забросил 71 шайбу и отдал 127 голевых передач, в общей сложности набрав 198 очков. На драфте 1997-го года он был выбран в первом раунде под общим первым номером клубом «Бостон Брюинз». Его первые шаги в НХЛ оказались трудными и невзрачными. В дебютном сезоне Торнтон набрал 7 очков за 55 матчей, а в 6 играх в плей-офф и вовсе не отличился.