Thauvin fue un habitual de la selección de fútbol de Francia en categorías inferiores, a la que representó en las categorías sub-18, sub-19, sub-20 y sub-21. Thauvin formó parte de la selección francesa que ganó la Copa Mundial Sub-20 de la FIFA 2013 en Turquía. Marcó un penalti en la victoria por 4-0 contra Uzbekistán en cuartos de final y un doblete en la victoria por 2-1 contra Ghana en semifinales.