Les bureaux de vote ont fermé leurs portes à 17h00 (13h00 suisses), a constaté une journaliste de l'AFP.
Des résultats préliminaires sont attendus dans la soirée, mais les définitifs prendront plusieurs semaines.
Le principal parti d'opposition, Pheu Thai, mené par la fille de l'ancien Premier ministre Thaksin Shinawatra, espère tourner la page d'une quasi-décennie de domination par l'armée et ses alliés, incarnée par le Premier ministre sortant Prayut Chan-O-Cha, 69 ans.
La campagne a mis à nu les fractures du royaume entre les jeunes générations désireuses d'un changement et l'élite traditionnelle attachée à la monarchie.
Mais le système électoral complexe offre au candidat proche des militaires une avance confortable qui pourrait atténuer l'ampleur de l'alternance attendue, voire ouvrir une nouvelle période d'instabilité.
Un scénario qui permettrait aux militaires de se maintenir au pouvoir reste également envisageable, dans un royaume habitué aux interventions de l'armée et de la justice dans le processus démocratique.
Favorite du scrutin, Paetongtarn Shinawatra n'a montré aucun signe d'inquiétude au moment de déposer son bulletin : "Aujourd'hui (dimanche) sera une bonne journée. Je ressens une énergie très positive", a déclaré la jeune femme de 36 ans aux journalistes.