I 2010 ble Thorheim utnevnt til ridder av 1. klasse av Den Kongelige Norske Fortjenstorden «for fortjenstfullt virke for krigsgravtjenesten i utlandet». Han har også mottatt Deltagermedaljen, Forsvarsmedaljen med laurbærgren og Forsvarsmedaljen med tre stjerner. I 2000 ble Thorheim tildelt den russiske Vennskapsordenen for sin innsats for å skjøtte russiske krigsgraver i Norge og i 2010 ble han tildelt Jubileumsmedaljen i anledning 65-året for seieren i Den store fedrelandskrigen 1941–1945 av president Dmitrij Medvedev under hans statsbesøk i Norge. For arbeidet med å ivareta britiske krigsgraver ble han i 2006 utnevnt til medlem av Den britiske imperieordenen.