การบินไทยเคยถือหุ้นอยู่ในสายการบินนกแอร์อยู่ 49% นับเป็นผู้ถือหุ้นรายใหญ่อันดับหนึ่ง[45] ในปี พ.ศ. 2560 นกแอร์ได้เสนอขายหุ้นเพิ่มทุนให้แก่ผู้ถือหุ้นเดิมของบริษัท การบินไทยตัดสินใจไม่ซื้อหุ้นเพิ่ม และสัดส่วนหุ้นนกแอร์ที่ถือโดยการบินไทยลดลงจากเดิม 39.2% เหลือ 21.57% (29 พฤษภาคม พ.ศ. 2560)[46]

นอกจากนั้นบริษัทการบินไทยยังมีบริษัทย่อยดังต่อไปนี้[47]

1. บริษัท ไทย-อะมาดิอุส เซาท์อีสต์เอเชีย จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 55
2. บริษัท วิงสแปน เซอร์วิสเซส จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 49
3. บริษัท ไทยไฟลท์เทรนนิ่ง จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 49
4. บริษัท ทัวร์เอื้องหลวง จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 49
5. บริษัท ดอนเมือง อินเตอร์เนชั่นแนล แอร์พอร์ต โฮเต็ล จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 40
6. บริษัท ครัวการบินภูเก็ต จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 30
7. บริษัท โรงแรมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ จำกัด ถือหุ้นร้อยละ 30
8. บริษัท โรงแรม รอยัลออคิด (ประเทศไทย) จำกัด (มหาชน) ถือหุ้นร้อยละ 24
9. บริษัท บริการเชื้อเพลิงการบินกรุงเทพ จำกัด (มหาชน) ถือหุ้นร้อยละ 22.59