Thorheim er utdanna sivilingeniør. Han har lang praksis i private og offentlige stillinger innen vannkraft. Han har også arbeidd i Kystverket og i Forsvarets bygningstjeneste. Han har vært direktør ved Haugesund Sanitetsforenings Revmatismesykehus og rådmann i Hareid kommune 1993–1996 og i Vindafjord kommune 2004–2008.