THEMIS ban đầu dự định được phóng vào ngày 19 tháng 10 năm 2006. Do sự chậm trễ gây ra bởi các vấn đề với giai đoạn II của Delta - một vấn đề cũng ảnh hưởng đến nhiệm vụ trước đó, STEREO nên việc phóng THEMIS đã bị trì hoãn đến thứ năm, ngày 15 tháng 2 năm 2007. Do với điều kiện thời tiết xảy ra vào thứ Ba, ngày 13 tháng 2, việc thúc đẩy giai đoạn thứ hai đã bị trì hoãn và việc khởi động bị đẩy lùi lại 24 giờ. Vào ngày 16 tháng 2, việc phóng nó đã được giữ trong một điểm dừng ở điểm T-4 trong đếm ngược do quả bóng thời tiết cuối cùng báo cáo một điều kiện không thuận lợi. Một thủ tục quay vòng 24 giờ đã được bắt đầu, nhắm mục tiêu một cửa sổ phóng tàu mới từ 23:01 đến 23:17 UTC vào ngày 17 tháng 2.

Điều kiện thời tiết thuận lợi đã được quan sát vào ngày 17 tháng 2, và quy trình đếm ngược diễn ra suôn sẻ. THEMIS đã được phóng thành công lúc 6:01 chiều. EST. Tàu vũ trụ tách ra khỏi tên lửa phóng khoảng 73 phút sau khi cất cánh. 8:07 chiều EST, các nhà khai thác sứ mệnh tại Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ (SSL) thuộc Đại học California, Berkeley, đã chỉ huy và nhận các tín hiệu từ cả năm tàu vũ trụ, xác nhận trạng thái tách danh nghĩa.

Dịch vụ phóng được Liên minh Khởi động Liên hiệp Hoa Kỳ thông qua Chương trình Dịch vụ Khởi chạy của NASA (LSP) thực hiện.