Colm Feore Laufey szerepét "a fagyóriások Napóléon Bonapartéja"-ként írta le, és Sir Anthony Hopkinstól, Max von Sydowtól és Paul Scofieldtől merített ihletet. Eredetileg csak Hopkins volt, de Sir Kenneth Branagh azt mondta, hogy nem kell két Hopkins a filmben.
A Science & Entertainment Exchange együttműködött a filmesekkel a film tervezésében és gyártásában, három fizikussal (Sean Carroll, Kevin Hand és Jim Hartle, valamint Kevin Hickerson fizikus hallgatóval), hogy valósághű tudományos hátteret biztosítsanak a filmhez. Ez az együttműködés azt eredményezte, hogy Jane Foster szakmáját ápolónőből fizikussá változtatták, és ezért használta az "Einstein-Rosen híd" (Albert Einstein és Nathan Rosen nevéhez fűződő) terminológiát a Bifröst leírására.
Don Payne forgatókönyvíró szerint Dr. Jane Foster inkább sztereotip tudós volt (száraz és szkeptikus), de Natalie Portman át akarta alakítani a karaktert, hogy költőibbé tegye: "Úgy gondoltam, Jane olyan valaki, akinek az elméleteit szokatlannak tartják, és a tudományos közösség nem fogadja el. De ez az a fajta gondolkodás, amely nagy felfedezésekhez vezet."
Chris Hemsworth szerint az akciókoordinátorok különböző harcstílusokkal kísérleteztek, de végül a Thor által alkalmazott, egy eredeti, a bokszra épülő harci technika mellett döntöttek.
A Fandral szerepére való felkészüléshez Josh Dallas ihletet merített Errol Flynn filmjeiből: "Flynnben nagyon megvolt az a fiús báj, ami benne van Fandralban." A képregény Fandral jellemzése szintén Flynn alapján készült.
Eredetileg Dr. Donald Blake személye (Thor alternatív identitása és személyisége) szerepelt volna ebben a filmben, és Kevin McKidd-et fontolgatták a szerepre. Blake-et azonban kiírták, és ehelyett Thor hamis személyazonosságaként használták.
Alexander Skarsgård is jelentkezett Thor szerepére.
Chris Hemsworth a képernyőteszt előtt olyan mértékben megerősödött, hogy az eredeti jelmez (amelyet egy adott méretre terveztek) elkezdte elállítani a vérkeringést a karjaiban és a lábaiban, amikor először felpróbálta.
A skandináv mitológiában Thor beceneve „az emberiség védelmezője” volt (ami találó, tekintve Thor mai szuperhős státuszát). A skandinávok a mai napig Mjölnir amuletteket viselnek, amelyeket "torshammare"-ként (Thor kalapácsa) emlegetnek.
A 2014-es "Thor" képregényben Lokit úgy ábrázolták, hogy rövid ideig úgy nézzen ki, mint Tom Hiddleston.
Az ügynököt, aki íjat és nyilat ragad, amikor Thor (Chris Hemsworth) megpróbálja visszaszerezni Mjölnirt, Barton ügynökként emlegetik. Ő Clint Barton (Jeremy Renner), más néven Sólyomszem, aki a Bosszúállók (2012) kiemelkedő és alapító tagjává válik.
Natalie Portman azért vállalta el Jane Foster szerepét, mert nem tudott ellenállni a Sir Kenneth Branagh által rendezett képregényfilm lehetőségének: "Én úgy voltam vele, hogy Kenneth Branagh a Thort csinálja, az szuper fura, meg kell csinálnom."
A földi város, ahol a film nagy része játszódik, a "Puente Antiguo" nevet viseli, ami azt jelenti, hogy "antik híd", és utalhat arra, hogy a Bifröst gyakran célállomásként használja.