Nordheims viktigste genre var orkesterverk. I de tidlige verkene som , og forsøkte han å gi de tradisjonelle instrumentene en ny klang. Han begynte etter hvert å benytte elektronikk på magnetbånd, og hadde i en periode elektronikk som hovedtema. Fra denne tiden stammer rent elektroniske verk som , men også verk hvor elektronikken ble blandet med tradisjonelle instrumenter som feks. slagverk. Han har også skrevet mye for radio og TV, teater og ballett der han eksperimenterte mye og ga musikken nye grenser. I perioden 1964–1966 var Nordheim formann i samtidsmusikkforeningen Ny Musikk.