Au confluent de l'Erclin et de l'Escaut canalisé, Thun-Saint-Martin est un village du Cambrésis, dans le département du Nord, en région Hauts-de-France, à 7 km au nord-est de Cambrai. Il se trouve à 22 km au sud-est de Douai et à 21 km au nord-ouest de Valenciennes. Ses voisines sont Escaudœuvres, Iwuy, Naves et Thun-l'Évêque. Dans le bassin Artois-Picardie, le territoire est drainé par l'Erclin, l'Escaut canalisé, la Rasse et la Navy. L'Erclin, long de 34 km, naît à Maurois ; l'Escaut, fleuve européen de 355 km, traverse la France, la Belgique et les Pays-Bas avant de rejoindre la mer du Nord. La commune relève du schéma d'aménagement et de gestion des eaux « Escaut ». Le patrimoine comprend l'église Saint-Martin, du XVe siècle, ainsi que le château seigneurial de la famille d'Herbais de Thun. Pour signaler un lampadaire défaillant, une voirie endommagée, un dépôt sauvage ou un défaut d'entretien des espaces verts, les habitants transmettent leur demande à la mairie de Thun-Saint-Martin via Signaleo.

Ecole primaire La Claire Fontaine