Sista gången 17-åringen sågs vid liv var i fredags. Övervakningsfilmer visar hur hon då går in i en byggnad i Pattaya tillsammans med den misstänkte.
Mannen sågs senare lämna byggnaden ensam med en stor resväska. På övervakningsfilmer syns han lasta väskan på en motorcykel och köra mot ett område utanför staden, uppger polisen.
Han greps tidigt på lördagen på en flygplats i Bangkok varifrån han skulle flyga till Australien. Han anklagades då för våldtäkt mot minderårig.
Resväskan med flickans kropp hittades kort därefter. Anklagelsen utökades till att omfatta även mord, vilket i Thailand kan leda till dödsstraff.
Mannen nekar.