В составе сборной Томас — победитель (2014) и бронзовый призёр (2010) чемпионата мира. Обладатель «Золотой бутсы» чемпионата мира 2010 года (5 мячей + 3 передачи) и лучший молодой игрок чемпионата. Двукратный бронзовый призёр чемпионата Европы (2012, 2016). Находится на 9-м месте в списке лучших бомбардиров сборной Германии, а также на 11-м месте по количеству сыгранных матчей.