W styczniu 2010 roku data premiery została ponownie przesunięta, tym razem na 6 maja. Ujawniono wtedy, że nad scenariuszem pracowali również Ashley Miller, Zack Stentz i Don Payne. Studio, reżyser i scenarzyści konsultowali się z naukowcami z National Academy of Sciences z programu „Science & Entertainment Exchange”, aby zapewnić realistyczne tło naukowe w filmie.
Casting W październiku 2008 roku poinformowano, że Marvel Studios zaproponowało Danielowi Craigowi rolę Thora, jednak aktor zrezygnował z niej na rzecz zagrania Jamesa Bonda. W lutym 2009 roku Samuel L. Jackson podpisał kontrakt ze studiem na dziewięć filmów, w których miał wystąpić w roli Nicka Fury’ego, w tym w filmie Thor. W maju poinformowano, że Chris Hemsworth zagra tytułową rolę, a Tom Hiddleston jego przybranego brata, Lokiego. Hiddleston, Liam Hemsworth i Kevin McKidd również byli brani pod uwagę do roli Thora. W lipcu ujawniono, że Natalie Portman zagra Jane Foster.