Am 30. Januar 2004 gab sie beim Vier-Nationen-Turnier beim 0:3 gegen die USA ihr Debüt in der Nationalmannschaft. Mit der Nationalmannschaft nahm sie an der WM 2007 in China, den Olympischen Spielen 2008 in Peking und der EM-Endrunde 2009 teil. Mit 1,65 m war sie die kleinste Spielerin im schwedischen Kader für die WM 2011, für die sie ebenfalls nominiert wurde. Sie stand in allen drei Vorrundenspielen in der Startelf und erreichte mit ihrer Mannschaft ungeschlagen das Viertelfinale, wo sie auf die Australierinnen trafen. Auch hier stand Thunebro wieder in der Startelf und mit dem 3:1-Sieg wurde sowohl das Halbfinale gegen Japan erreicht, als auch die Qualifikation für die Olympischen Spiele in London. Am 16. Juli 2011 gewann sie mit der Mannschaft das Spiel um Platz 3 beim 2:1-Sieg über Frankreich. Thunebro stand im schwedischen Kader für die Olympischen Spiele 2012, bei denen die schwedische Mannschaft im Viertelfinale die WM-Revanche gegen Frankreich verlor.