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男女主角選角過程
雖然《雷神索爾》一片中的許多角色都是神話人物，但製作團隊仍要找真人演員飾演這些角色，但是只有少數的演員符合這些漫威漫畫的經典角色。
雖然《雷神索爾》一片中的許多角色都是神話人物，但製作團隊仍要找真人演員飾演這些角色，但是只有少數的演員符合這些漫威漫畫的經典角色。執行製片兼漫威漫畫創辦人史丹李說：「克里斯漢斯沃看起來就像是一個超級英雄，就算他脫掉戲服下了妝，他還是一個體格強壯、充滿靈魂和感情的人。當他穿上雷神索爾的盔甲戰袍，他看起來更像是一個能夠獨力將世界扛在他肩上的超級英雄。」
資深特技動作指導安迪阿姆斯壯則說：「克里斯是真的英雄，他是那種每個女生都愛他，每個男生都想要變成他的那種男人。當我看到他親自上陣演出的特技動作，我就覺得任何激烈的打鬥動作都難不倒他，於是我特別替他加了許多特技動作戲份。」
雷神索爾是五十年前塑造出來的漫畫超級英雄，這段時間內，有很多對於他的造型不同的詮釋，製片凱文費吉說：「有些人把他畫成全身都是肌肉的猛男，但我們很早就知道，我們不想挑選一個健美先生或是摔角手來飾演這角色。」他接著說：「我們決定挑選最適合扮演這角色的演員，不管他有沒有知名度。我們找來幾十名演員來讀劇本，最後請四、五名演員來試鏡，最後我們覺得克里斯毫無疑問就是飾演雷神索爾的不二人選。他的架勢十足，他又有幽默感，而且他用很誠懇的方式唸台詞，讓你相信他，而且會關心他。」
導演肯尼斯布萊納則說：「我們一直在尋找最適合的人選，當我們看到克里斯，打心裡就知道他就是雷神索爾。克里斯長得又高又壯，看起來一定有健身，而且他對該如何詮釋這角色很有想法，他也有能力探索這角色原始的一面。」導演肯尼斯布萊納也很高興能請到湯姆希德斯頓飾演索的弟弟洛基這角色，導演說：「我們需要一個能夠詮釋各種角色的演員，而且勇於挑戰洛基這角色擁有的各種不同的性格。湯姆和克里斯感覺就像是一對兄弟，但是卻有截然不同的個性。」
當雷神索爾被他的父王貶入凡間時，他跌到珍佛斯特的車子前面，而珍佛斯特這角色是個既美麗又聰明，而且個性很悍的麻辣女強人。製片凱文費吉說：「珍這個角色在原來的漫畫故事裡是個護士，但我們希望讓她符合現代女性的條件，於是就把她塑造成一名天文物理學家，而且是一個很漂亮的研究學者。我們需要一個既美麗又聰明，演技一流的女演員，所以當我們一開始在列出女演員名單時就一直形容她必須擁有娜塔莉波特曼那種兼具知性和感性的女演員，後來有一個天才說：『何不直接請她來演？』」結果新科影后娜塔莉波曼也對這部電影非常感興趣。雖然她不是漫威漫畫的粉絲，但她一直想和導演肯尼斯布萊納合作，她和見過幾次面，討論的結果是珍不應該是超級英雄片裡典型的落難美女，而是促使索爾成為一個真正的超級英雄的關鍵角色。
但是娜塔莉波曼才拍完她至今最困難的角色，也就是《黑天鵝》一片中的芭蕾舞者，她為了那部電影接受了整整一年的舞蹈訓練，她並不想再演一部規模龐大的動作冒險片，她說：「我花了一年的時間，每天都要練舞，每天都睡不到五個小時，當我拍完那部電影，我覺得我應該去度假才對，因為我身心俱疲，但是這部電影能讓我和肯尼斯布萊納合作，我絕對不能錯失這個機會，所以我很高興參與這部電影的演出。」