Trước khi ra album, Sheeran hát "Thinking Out Loud" lần đầu vào ngày 24 tháng 5 năm 2014 trong chương trình truyền hình âm nhạc Later... with Jools Holland của Anh. ngay sau đó video âm nhạc cho bài hát "Sing", đĩa đơn chủ đề của album. "Thinking Out Loud" được xem là trái ngược hoàn toàn với "Sing", khi đây là một "ca khúc đậm chất funk/R&B sôi động".[13][21]

"Thinking Out Loud" có mặt trực tuyến vào ngày 18 tháng 6 năm 2014 dưới dạng tải nhạc "instant grat" cho các khách hàng đặt trước x trên iTunes Store. Bài hát đóng vai trò là đĩa đơn quảng bá của x, và được phát hành hai ngày sau. Trong album, "Thinking Out Loud" là bài hát áp chót,[7] ngay trên "Afire Love".

Phát hành đĩa đơn

"Thinking Out Loud" ban đầu được phát trên sóng phát thanh tại Úc vào ngày 14 tháng 8 năm 2014 và được phát hành sau đó vào ngày 24 tháng 9. Bài hát trở thành đĩa đơn thứ ba sau "Sing" và "Don't".

Theo lời Sheeran, không một ai trong hãng thu âm của anh muốn phát hành "Thinking Out Loud" làm đĩa đơn, và coi "Photograph" mới là "bài hát quan trọng".[11] "Photograph" đáng ra là đĩa đơn chính, nhưng khi "Thinking Out Loud" nhiều tuần liền có chân trong top 20 UK Singles Chart mà không cần phát trên đài phát thanh,[22] thì hãng đã phải thay đổi quyết định. "Photograph" sau đó trở thành đĩa đơn thư năm và cuối cùng trong album.

Bài hát cũng có mặt trong sự kiện Record Store Day Black Friday 2014 dưới dạng đĩa vinyl 7".[23] Bản thu vinyl bao gồm mặt B với bài hát "I'm A Mess" được biểu diễn trực tại phòng thu Lightship 95.[24]

Video âm nhạc

Emil Nava là đạo diễn của video đi kèm với đĩa đơn. Hầu hết video được quay tại Crystal Ballroom của Khách sạn Millennium Biltmore ở Los Angeles, California, và được quay liên tục bằng một máy quay dùng phim 16 mm.[25]

Không giống những video trước đây của Ed Sheeran khi anh chỉ đóng vai phụ, lần này ảnh trở thành nhân vật chính trong "Thinking Out Loud". Video là màn khiêu vũ của Sheeran và bạn nhảy Brittany Cherry (thí sinh dự So You Think You Can Dance mùa 10),[26] với biên đạo của Nappytabs trợ giúp vũ đạo từ Paul Karmiryan. Trong thời gian lưu diễn, Sheeran từng dành ra năm giờ một ngày trong ba tuần để tập luyện với Cherry.[11]

Video được ra mắt ngày 8 tháng 10 năm 2014 và có trên 2,7 triệu lượt xem trên YouTube trong 24 giờ đầu.[26] Tính tới tháng 8 năm 2017 video hiện có trên 1,7 tỉ lượt xem.[27] và là video nhiều người xem thứ 21 trên trang web này.[28]

Video nhận được 4 đề cử tại Giải Video âm nhạc của MTV 2015 trong đó có Video của năm và Video nam xuất sắc nhất.[29]

Biểu diễn trực tiếp

Sheeran biểu diễn bài hát vào ngày 26 tháng 10 năm 2014 trong đêm thông báo kết quả thứ ba của chương trình The X Factor UK mùa thứ 11.[30] Anh cũng biểu diễn "Thinking Out Loud" vào ngày 9 tháng 11 năm 2014 tại Giải Âm nhạc châu Âu của MTV 2014.[31] Sheeran cũng thể hiện bài hát với tư cách khách mời tại chung kết The Voice vào ngày 16 tháng 12 năm 2014. Bài hát tiếp tục được Sheeran hát trong chương trình Giáng sinh đặc biệt của The Jonathan Ross Show vào ngày 20 tháng 12 năm 2014. Anh cũng vinh dự được trình diễn bài hát tại lễ trao giải Grammy lần thứ 57 vào ngày 8 tháng 2 năm 2015 cùng John Mayer, Questlove, Adam Blackstone và Herbie Hancock.[32] Sheeran biểu diễn "Thinking Out Loud" vào ngày 13 tháng 4 năm 2015 trong đêm thông báo kết quả của mùa thứ 2 chương trình The X Factor tại New Zealand.[33] Sheeran sau đó cũng thể hiện bài hát hit của anh tại Victoria's Secret Fashion Show 2014.[34]