Ο μόνιμος πληθυσμός του δήμου έχει αυξηθεί αλματωδώς την τελευταία εικοσαετία (πάνω από 157%), καθώς πολλοί από τους οικισμούς του έχουν μετατραπεί από παραθεριστικά κέντρα σε προάστια της Θεσσαλονίκης. Συγκεκριμένα, ο πληθυσμός των 19.492 μόνιμων κατοίκων της απογραφής του 1991 παρουσίασε αύξηση 90,47% μέσα σε μία δεκαετία, για να φτάσει τους 37.126 κατοίκους στην απογραφή του 2001, και συνέχισε με περαιτέρω αύξηση σχεδόν 35% την επόμενη δεκαετία, για να φτάσει στους περίπου 50.264 μόνιμους κατοίκους σύμφωνα με τα προσωρινά αποτελέσματα της απογραφής πληθυσμού του 2011.[3]
Σύμφωνα με τα επίσημα αποτελέσματα της απογραφής του πληθυσμού το 2021 (ΦΕΚ Τεύχος B’ 6951/30.12.2022) ο αριθμός των κατοίκων του Δήμου Θερμαϊκού ανέρχεται στους 35.668.[4]
Ρομά
Οι Ρομά της περιοχής Τσαΐρια της Περαίας είχαν συμμετάσχει πρώτη φορά στην απογραφή του 2011. Το 2019 ο Δήμος Θερμαϊκού είχε ζητήσει την απομάκρυνση όσων Ρομά διαμένουν στην περιοχή Τσαΐρια της Περαίας. Το 2020 το Ειρηνοδικείο Θεσσαλονίκης ακύρωσε το πρωτόκολλο διοικητικής αποβολής των Ρομά από τα Τσαϊρια που είχε αποφασίσει ο Δήμος.[5][6]