Das Thorshühnchen zeigt im Prachtkleid eine auffällige rostrote Unterseite, einen dunkle Kopfkappe mit weißer Gesichtszeichnung und einen gelben Schnabel. Das Weibchen ist insgesamt kräftiger gefärbt, seine Kopfkappe erscheint schwarz, während sie beim Männchen dunkelbraun ist. Dies liegt daran, dass beim Thorshühnchen – anders als bei den meisten Vögeln – vor allem das Männchen die Brutpflege übernimmt. Im Schlichtkleid im Winter erscheint das Gefieder grauweiß. Die Rufe sind hohe, zwitschernde Laute. Die Flügelspannweite beträgt ungefähr 40 Zentimeter, das Gewicht variiert von 40 bis 75 Gramm.

Die Art brütet in der arktischen Tundra Nordamerikas, Grönlands und Sibiriens. Das Nest ist eine Bodenmulde, die mit Pflanzenmaterial ausgelegt wird. Die Gelege bestehen aus drei bis vier Eiern. Anders als bei vielen anderen Arten spielt das Weibchen nach der Eiablage eine geringere Rolle, das Männchen übernimmt das Brüten und die Aufzucht. Die Jungen sind Nestflüchter und suchen bald selbständig nach Nahrung.

Die Nahrung besteht aus kleinen Krebstieren, Insekten und deren Larven, die im Wasser erbeutet werden. Charakteristisch ist das schwimmende Kreisen der Vögel auf dem Wasser, wodurch kleine Wirbellose an die Oberfläche gespült werden. Natürliche Feinde sind Raubmöwen, Greifvögel und Polarfüchse. Bedrohungen ergeben sich durch Klimawandel, Ölverschmutzungen und Veränderungen im arktischen Lebensraum. Die Art ist auf intakte Brut- und Nahrungsgebiete angewiesen.