Fellow seamer Oliver Hannon-Dalby, 28, och fladdermöss Matthew Lamb, 20, har båda undertecknat ett års förlängningar, till slutet av 2018 säsongen.
Thornton, 24 år, gjorde sin första lagdebut för Bears i One-Day Cup-segern över Northamptonshire den 27 april.
En vecka senare skrev han på ett tre månader långt avtal - hans första professionella kontrakt.
Thornton, som för närvarande är åsidosatt genom skada, hjälpte Berkswell att vinna Birmingham League titeln förra sommaren, efter att ha varit en björnar andra XI regelbunden under de senaste två säsongerna.
Sedan han blev inkallad till Bears-sidan för sin debut, har han spelat ytterligare tre One-Day-matcher, som avslutas på den vinnande sidan i två av dem.
Han tog också 4-34 mot Somerset på sin första klass debut på Taunton - den första av två Championship framträdanden hittills.
Lamb, som fyller 21 nästa vecka gjorde sin första klass debut på Taunton förra säsongen, och gjorde 51 i de första innings av förra veckans en-wicket nederlag av mästare Middlesex på Edgbaston, efter att ha förts in för hans första framträdande för säsongen att ersätta skadade kapten Ian Bell.
Hannon-Dalby, som gick Warwickshire från sin infödda Yorkshire 2013, har gjort bara två Championship framträdanden i 2017, efter att ha tappats efter Bears "dålig start på säsongen.
Men han spelade i fem av säsongens One-Day Cup-matcher, efter att ha varit en del av den sida som vann trofén mot Surrey på Lord's förra september.
Han var också i laget när Birmingham Bears vann T20 Blast 2014 - och har hittills tagit fem wickets i två segrar av två i säsongens gruppspel.
Warwickshire snabb bowler Grant Thornton har tecknat ett kontrakt med Bears till slutet av säsongen som belöning för hans lovande form.