Am 17. Juni 2007 gab sie ihr Debüt im Tor der Schweizer Fussballnationalmannschaft. Zuvor nahm Thalmann mit der U-20-Nationalmannschaft an der Weltmeisterschaft in Russland teil. Sie gehörte (trotz eines im November 2014 erlittenen Kreuzbandrisses) auch zum Kader der Schweizerinnen für die WM 2015 in Kanada.