Nordheim var banbrytande i sitt hemland som modernistiskt inriktad kompositör och även internationellt betydande. Han slog igenom med sångcykeln Aftonland (1959; texter av Pär Lagerkvist) och orkesterverket Canzona (1961). Andra symfoniska verk är Floating (1970), Greening (1973), Magma (1988) och Monolith (1990).