Thoresen har også hatt en merittert karriere som trener. Fra 1995−2000 og fra 2005−2007 var han trener for Storhamar og ledet klubben til tre Norgesmestertitler. Fra 2001 til 2004 ledet han Vålerenga til to Norgesmestertitler. I 2009 ble han trener for Stavanger Oilers, og i sin første sesong førte han laget til NM-gull og ble med det den første treneren som har vunnet Kongepokalen med tre forskjellige ishockeyklubber. Han førte etterfølgende klubben til ytterligere fire NM-titler. Fra 1. juni 2016 blir han landslagstrener for Norges herrelandslag i ishockey.