Hun har forsket i to tiår på nasjonalisme, ytre høyre mobilisering og politisk vold basert på langvarig feltarbeid i Europe, Midtøsten og i nettsamfunn, og er tilknyttet Senter for ekstremismeforskning ved Universitet i Oslo. Thorleifsson ledet Ekstremismekommisjonen som overleverte sin utredning til politisk ledelse våren 2024.