Reprezentacja Australii W reprezentacji Australii Thompson zadebiutował 28 lutego 2001 roku w przegranym 2:3 meczu z reprezentacją Kolumbii. W obu barażowych meczach z reprezentacją Urugwaju siedział na ławce rezerwowych, a reprezentacja Australii awansowała do finałów Mistrzostw Świata w Niemczech po dramatycznym konkursie rzutów karnych. Thompson był wtedy jedynym piłkarzem A-League w składzie. Guus Hiddink wynagrodził mu dobry sezon w Melbourne Victory i powołał Thompsona do kadry na same finały MŚ 2006. Tam jednak był tylko rezerwowym i nie zagrał ani minuty. Ogólnie w reprezentacji Australii zagrał 54 mecze i strzelił 28 bramek.
Rekord 11 kwietnia 2001 roku w ramach eliminacji do mistrzostw świata 2002 Australia rozegrała spotkanie z Samoa Amerykańskim. Mecz wygrali 31:0, co jest rekordowym wynikiem w rozgrywkach międzypaństwowych. Sam Thompson strzelił w tym spotkaniu 13 goli i wyrównał rekord Johna Petrie z 1885 roku.