Głównym celem dla Norwega w sezonie 2010 były sierpniowe mistrzostwa Europy w Barcelonie, podczas których oszczepnik bronił złotego medalu wywalczonego cztery lata wcześniej w Szwecji. Pierwszym startem w 2010 roku były dla Thorklidsena zawody Shanghai Golden Grand Prix, które wygrał z wynikiem 86,11. Po zaciętej walce z niemieckim miotaczem Matthiasem de Zordo zwyciężył w konkursie oszczepników na mistrzostwach Europy broniąc tym samym złota wywalczonego cztery lata wcześniej w Göteborgu. 22 sierpnia zdobył (z wynikiem 87,10) kolejny tytuł mistrza kraju. Zwycięzca łącznej punktacji Diamentowej Ligi 2010 w rzucie oszczepem. 5 września wygrał konkurs oszczepników podczas pucharu interkontynentalnego ustanawiając wynikiem 89,26 nowy rekord tej imprezy.