Theodor Thjøtta var sønn av skomakermester Abraham Thjøtta (1857–1935) og Rakel Tjølsen (1847–1925). I ungdommen tok Thjøtta sikte på å bli sjøoffiser og var til sjøs i tre år på gamle treskuter. På en reise nede ved Sør-Afrika pådro han seg en så alvorlig handinfeksjon at en finger måtte amputeres. Dermed var den militære yrkeskarrieren stengt. Da bestemte han seg for å bli lege. Han tok examen artium ved Kongsgaard skole i Stavanger i 1907 og ble cand.med. i 1912.