W filmie wystąpili również: Zachary Levi, Tadanobu Asano i Ray Stevenson, którzy ponownie zagrali Trzech Wojowników: Fandrala, Hoguna i Volstagga; Benedict Cumberbatch jako Stephen Strange, były neurochirurg, który zajmuje się magią; Rachel House jako Topaz, współpracowniczka Arcymistrza oraz Luke Hemsworth, Sam Neill i Matt Damon jako asgardcy aktorzy, którzy odgrywają w sztuce postacie Thora, Odyna i Lokiego.
Reżyser filmu, Taika Waititi, zagrał przy pomocy technologii motion capture dwie postacie: Korga, z którym Thor zaprzyjaźnił się na Saakarze i demona Surtura; użyczył także głosu temu pierwszemu. Clancy Brown podłożył głos Surturowi. Stephen Murdoch zagrał towarzysza Korga, Mieka, również za pomocą technologii przechwytywania ruchu.
W roli cameo pojawił się twórca komiksów Marvel Comics, Stan Lee jako fryzjer na Sakaarze. W filmie wykorzystano także fragment z filmu Avengers: Czas Ultrona ze Scarlett Johansson jako Natasha Romanoff. W filmie pojawił się również wilk Fenris.