Retornam ao elenco Chris Hemsworth, Tom Hiddleston, Natalie Portman, Stellan Skarsgard, Jaimie Alexander, Kat Dennings, Ray Stevenson, Tadanobu Asano, Rene Russo, Anthony Hopkins e Idris Elba. Os novatos são Christopher Eccleston (o vilão Malekith), Alice Krige (Alflyse, mulher de Malekith), Adewale Akinnuoye-Agbaje (o mais forte guerreiro de Malekith, Algrim), Richard Brake (o capitão do Einherjar, grupo de guerreiros que lutou ao lado de Thor em inúmeras ocasiões), Clive Russell (Tyr, irmão mais velho de Thor e deus da guerra de Asgard), Zachary Levi (que assume o papel de Fandral no lugar de Josh Dallas) e Chris O'Dowd.

Robert Rodat (O Resgate do Soldado Ryan) é o responsável pela segunda versão do texto escrito por Don Payne (roteirista do primeiro filme).  Alan Taylor, conhecido por seu trabalho em séries de TV como Game of Thrones, é o diretor. Thor 2 - O Mundo Sombrio será lançado internacionalmente no formato IMAX 3D em 30 de Outubro e chega aos cinemas convencionais brasileiros em 1º de novembro.