Da forfatteren Achton Friis i 1922 gik i land på Thorø, skrev han, at sundet til Fyn var knap 500 m bredt. Med tiden sandede Thorø Sund dog til, og en feddannelse fra fiskerlejet Thorøhuse har i dag gjort den 65 ha store ø landfast med Fyn.
I begyndelsen af 1900-tallet tilhørte øen forretningsmanden Harald Plum, der byggede en række særegne huse samt flere små gravsteder til sine skødehunde. Da Plum begik selvmord i 1929, blev hans eget mausoleum dog revet ned på familiens ønske. I 1930 købte Københavns Lærerforening Thorø af dødsboet og brugte den i en lang periode som feriekoloni. Efter afviklingen af kolonierne havde Københavns Produktionsskole 1993-2002 en afdeling på halvøen. I dag administreres Thorø af Københavns Lærerforenings Kolonier.
Thorø består af en morænekerne med fossile kystklinter, der er omgivet af strandvoldssletter. Den centrale del af halvøen er mest kuperet med et toppunkt ca. 9 m.o.h. I nordvest ligger det flade, strandengsdækkede Vesterkær. Vidtstrakte strandenge dækker også tangerne, som i øst er vokset ud i Thorø Sund. Den centrale del af halvøen består af skov, græsmarker samt lidt overdrev mod sydvest.
Fuglelivet er rigt, og der er iagttaget ca. 140 forskellige fuglearter på halvøen. Der er kolonier af hætte-, storm- og sølvmåge samt havterne, og langs kysten yngler toppet skallesluger. Sensommer og efterår er strandengene desuden en vigtig rasteplads for trækkende vadefugle.
