姆·希德斯顿获选饰演洛基。6月，费吉证实，汉斯沃与希德斯顿都已签下片约。费吉表示，《雷神索尔》的背景将设定在现代地球和，但索尔在地球的宿主唐纳·布莱克博士（）不会出场。7月，漫威宣布娜塔莉·波曼将饰演珍·佛斯特。9月，科鲁姆·费奥瑞（角色未公开）与杰米·亚历山大（饰演希芙）签下该片的片约。接着，演员史戴伦·史柯斯嘉在受访时表示自己已加入该片的剧组，但饰演角色并未公开。10月下旬，据报导，与正在为该片编剧。唐·佩恩与J·麦可·斯特拉日恩斯基也有参与该片的编剧作业。最后，米勒、史坦兹与佩恩三人名列剧组人员名