Der Thymio kommt mit bereits enthaltenen Programmen und kann daher auch ohne Programmierung genutzt werden. Eigene Programme lassen sich mit der Programmierumgebung auf verschiedenen Stufen erstellen - von simpler visueller Programmierung bis hin zu Text-Programmierung. Der Roboter verfügt über zahlreiche Sensoren (Mikrofon, Infrarot-Empfänger, Temperatur, Näherung, 3-Achsen-Beschleunigungssensor, Bodensensoren zur Leitungsverfolgung), Aktoren (Motoren, Lautsprecher, LEDs) und Anschlüsse (USB, Speicherkarte). Zudem kann ein Bleistift platziert werden, um mit dem Roboter zu zeichnen.