کریس همسورث در نقش ثور،‌ بازیگر نقش اصلی فیلم ثور عشق و رعد است. ناتالی پرتمن نیز در کنار او نقش دومین ابرقهرمان این فیلم، جین فاستر یا مایتی ثور را ایفا می‌کند. کریستین بیل در نقش گور قصاب خدایان، شخصیت منفی این فیلم ظاهر شده است. همچنین بازیگرانی نظیر تسا تمپسون، تایکا وایتیتی، کریس پرت، دیو باتیستا، کارن گیلن، و شان گان در این فیلم به ایفای نقش پرداخته‌اند.