Методы делегата NSURLConnection выполняются в основном потоке. В этом вся причина асинхронности, поэтому нет необходимости иметь отдельный поток.
Что касается внутренних компонентов, то ввод / вывод является асинхронным миром, поэтому я также не думаю, что внутри NSURLConnection используется многопоточность. Я полагаю, что именно ОС управляет связью асинхронно, но я не уверен в этом.
В любом случае, вы можете быть уверены, что ваши методы делегата выполняются из основного потока.