Nordheim skrev verker for mange genrer, men hans viktigste instrument var utvilsomt orkesteret. De tidlige orkesterverkene, som (1957) for sopran og kammerensemble, (1960) og (1963) var alle inspirert av den tids søken etter ny klang i tradisjonelle instrumenter, selv om sistnevnte også benyttet elektronikk på tape. Nordheim var i en periode svært opptatt av elektronikk, hvor rent elektroniske verk, som , kom side om side med verker hvor elektronikk ble blandet med slagverk eller andre instrumenter. I en periode skrev han også mye for teater, radio, TV og ballett, hvor han eksperimenterte og sprengte grenser mens arbeidet skred frem.