Jackson tái hợp với nhà sản xuất của Off the Wall – Quincy Jones – để ghi âm cho album. Cặp đôi này đã làm việc cùng nhau trên 300 bài hát cho Thriller từ giữa tháng 4 đến tháng 11 năm 1982, với ngân sách sản xuất của $750,000. Một vài thành viên của ban nhạc Toto cũng đã được tham gia vào việc thu âm và sản xuất của album.[21] Jackson đã viết bốn bài hát để thu âm: "Wanna Be Startin 'Somethin'", "The Girl Is Mine" (với Paul McCartney), "Beat It" và "Billie Jean".[22] Không giống như nhiều nghệ sĩ khác, Jackson không viết những bài hát trên giấy. Thay vào đó, ông sẽ nói để thu vào một máy ghi âm; khi thu âm ông sẽ hát theo trí nhớ.[23][24]

Mối quan hệ giữa Jackson và Jones trở nên căng thẳng trong quá trình thu âm album. Jackson dành nhiều thời gian để tập luyện các bước nhảy một mình.[24] Khi chín ca khúc của album được hoàn thành, cả Jones và Jackson không hài lòng với kết quả và phối âm của mỗi bài hát, bỏ ra 1 tuần cho mỗi bài, Jones cho rằng "Billie Jean" đã không đủ mạnh để được đưa vào thu âm, nhưng Jackson không đồng ý và giữ nó. Jones nói với Jackson rằng Thriller sẽ không có được thành công như Off the Wall đã có, bởi vì thị trường đã suy yếu. Đáp lại, Jackson đe dọa sẽ hủy bỏ việc phát hành album.[24]

Jackson đã được truyền cảm hứng để tạo ra một album mà "mỗi bài hát là một kẻ giết người", như với Kẹp hạt dẻ của Tchaikovsky và phát triển Thriller theo ý tưởng đó,.[25][26] điều mà Jones và nhạc sĩ Rod Temperton tiết lộ về những gì xảy ra trong phiên bản phát hành lại năm 2001 của album.[27] Jones đã thảo luận "Billie Jean" và tại sao nó lại mang tính cá nhân với Jackson, người đấu tranh để đối phó với một số người hâm mộ ám ảnh. Jones muốn phần mở đầu dài của bài hát cần được rút ngắn, tuy nhiên, Jackson khẳng định rằng nó cần được giữ, nó là cảm hứng khiến anh nhảy. Các phản ứng liên tục chống lại disco đã làm cho nó cần thiết để di chuyển theo một hướng âm nhạc khác từ đậm chất disco của Off the Wall. Jones và Jackson đã xác định để thực hiện một bài rock mà có thể thích hợp đến tất cả các thị hiếu và bỏ hàng tuần tìm kiếm một tay guitar phù hợp với bài hát "Beat It", một bài hát do Jackson viết. Cuối cùng, họ tìm Eddie Van Halen của ban nhạc rock Van Halen.[22][24]

Khi Rod Temperton viết "Thriller", ông ban đầu muốn gọi nó là "Starlight" hoặc "Midnight Man" nhưng chọn "Thriller" bởi vì ông cảm thấy tên ấy sẽ có tiềm năng bán hàng.[24] Temperton đã đưa đến diễn viên Vincent Price, người đã hoàn thành phần của mình chỉ trong nháy mắt. Temperton đã viết phần lời thoại trong một xe taxi trên đường vào phòng thu. Jones và Temperton nói rằng một số bản ghi âm đã được cắt rời khỏi phần cuối cùng bởi vì họ không có "sự cáu kỉnh" của các bài nhạc album khác.[22]