Préchauffez votre four à 200°C (thermostat 6-7).
Épluchez les pommes de terre et coupez-les en fines rondelles. Lavez le potimarron, retirez les graines et coupez-le également en fines rondelles (la peau du potimarron est comestible et se ramollit à la cuisson).
Dans une casserole, faites fondre le beurre à feu doux. Ajoutez la farine en remuant pour former un roux. Versez progressivement le lait en fouettant pour éviter les grumeaux. Faites cuire jusqu'à ce que le mélange épaississe. Assaisonnez de sel, de poivre et d'une pincée de muscade.
Dans un plat à gratin beurré, disposez une couche de rondelles de pommes de terre, puis une couche de rondelles de potimarron. Répétez jusqu'à épuisement des ingrédients. Versez la béchamel par-dessus, puis ajoutez le fromage râpé.
Enfournez pendant 25 à 30 minutes jusqu'à ce que le gratin soit doré et que les légumes soient tendres. Parsemez de thym frais avant de servir.