Kenneth Branagh si era già chiamato fuori per dirigere il sequel di Thor, la data di uscita è già stata fissata per il 26 luglio 2013, così la Marvel Studios ha iniziato a prendere in considerazione vari nomi a cui affidare la regia sul dio nordico. In un primo momento il favorito pareva essere Bryan Kirk, noto regista televisivo che ha collaborato anche a Games of Thrones, ma ora sembra che la Marvel sia in fase di trattativa avanzata con Patty Jenkins, regista che nel 2003 diresse Monster che portò all'Oscar Charlize Theron, in una lista di papabili che comprende anche Noam Murro, Drew Goddard, James McTeigue e Breck Eisner.
Chris Hemsworth interpreterà nuovamente il mitico eroe del fumetto e, secondo i rumors, Natalie Portman potrebbe riprendere il ruolo di Jane Foster come Anthony Hopkins che rivestirebbe i panni di Odino. Lo stesso direttore di produzione della Marvel Studios, Kevin Feige, ha dichiarato: "Il sequel seguirà principalmente il viaggio del protagonista, l'evolversi del suo rapporto con Jane Foster e suo padre Odino. Inoltre andremo a scoprire quali sono gli estremi dei Nove Mondi".
