Thjórsá har sitt utspring på høysletta Sprengisandur og isbreen Hofsjökull. Den kommer ut av smale kløfter i Islands høyland og passerer blant annet den historiske gården Stöng som ligger i Thjórsárdalur. Tungnaá faller ut i Thjórsá ovenfor kraftstasjonen Sultartangavirkjun. En annen elv som kommer inn i Thjórsá er Fossá (med fossen Háifoss). Fossá renner gjennom Thjórsárdalur og faller ut i Thjórsá nedenfor kraftverket Búrfellsvirkjun.