Thauvin ist seit 2011 französischer Jugendnationalspieler. Die meisten Spiele absolvierte er für die U-20, die er 2013 auch zur U-20-WM in die Türkei begleitete. In diesem Turnier, bei dem die Franzosen das Finale gegen Uruguay gewannen, kam er siebenmal zum Einsatz und erzielte drei Tore. Seit der Qualifikation zur Europameisterschaft 2015 kommt er für die U-21 zum Einsatz. Beim 6:0 gegen Armenien am 14. November 2013 erzielte er drei Tore.