I mars utfärdade ICAO en varning om Thailands luftfartsorgan efter en säkerhetsgranskning som visade att man inte lyckades övervaka sina flygbolag på ett tillfredsställande sätt.
Flytten ledde till ett förbud mot nya flygningar till Kina, Japan och Sydkorea.
Thailändska tjänstemän hade sedan lagt fram planer för att ta itu med problemen i mars.
Men ICAO "röd flaggade" landets organ på torsdag för att ha misslyckats med att lösa frågorna inom 90 dagar.
Thailands luftfartssektor ansluter sig till 12 andra utvecklingsländer, däribland Nepal och Sierra Leone, som har nedgraderats till kategori 2 från kategori 1 av organisationen för sina säkerhetsnormer.
En granskning i januari av FN: s organ hade funnit att Thailands luftfartsmyndighet hade brist på tekniska tjänstemän och problem med att certifiera transport av farligt gods.
Varningen innebar att landets flygbolag var tvungna att avboka flygningar och återbetala eller ändra tusentals flygbiljetter.
Landets flaggfartyg, Thai Airways, sade i ett uttalande att det följde de "högsta säkerhetsstandarderna" i alla operativa områden, trots den röda flaggan från den internationella tillsynsmyndigheten.
Internationella civila luftfartsorganisationen (ICAO) har försämrat Thailands luftfartsstandarder, "röd flaggning" landet för att inte ta itu med säkerhetsproblem.