Mit der U-19-Nationalmannschaft nahm sie dreimal an der Europameisterschaft teil und konnte 2003 den Wettbewerb gewinnen. Ferner nahm sie an der Europameisterschaft 2005 und der U-20-Weltmeisterschaft 2006 teil. Ihr erstes Länderspiel für die A-Nationalmannschaft absolvierte sie im Juni 2005 gegen Italien. Insgesamt spielte sie bislang 141 Mal für Frankreich und erzielte 32 Tore (Stand: 30. Juli 2017). Sie stand im französischen Aufgebot für die Weltmeisterschaft 2011 in Deutschland, kam dort in allen sechs Begegnungen der Bleues zum Einsatz, erzielte dabei zwei Treffer und schloss das Turnier als WM-Vierte ab. Thomis gehörte auch zum französischen Olympiaaufgebot 2012 und bestritt bei diesem Turnier ebenfalls sämtliche Begegnungen der "Bleues". Ebenso berief Nationaltrainer Bruno Bini sie in den EM-Kader 2013 und setzte sie in sämtlichen vier Begegnungen Frankreichs ein, davon drei Mal allerdings nur als Einwechselspielerin.