《雷神索爾》一片中有三個世界：奧丁森統治的阿嘉斯王國、約頓族國王勞菲統治的約頓海姆以及美國新墨西哥州。當奧丁森把他的長子索爾放逐到人間的時候，他的次子洛基則和阿斯嘉王國的敵人約頓族國王勞菲密謀要殺死奧丁森，趁機登上阿嘉斯王國的王位。所以片中會出現阿斯嘉王國、約頓海姆王國以及人類的世界。對製作團隊來說，這三個世界必須感覺都很真實，但是各有不同的特色。

阿斯嘉王國和約頓海姆王國完全相反，阿斯嘉王國金光閃閃、華麗高貴；被奧丁森打敗的約頓海姆王國則藏在失敗的陰影下，終年都是嚴寒的氣候，巨大的寒冰巨人則一直住在這裡，夢想有一天能向阿斯嘉王國報仇。導演肯尼斯布萊納說：「我們必須把天神居住的既奇幻又真實的世界，和當今的人類世界結合在一起。我們必須讓片中角色能夠從一個世界到另一個世界，這才能讓觀眾感到興奮刺激。」

導演請來曾經四度入圍奧斯卡獎的美術指導鮑威爾契讓這三個世界活過來，導演說：「鮑威爾契充滿了想像力，而且他樂於同時打造當今的人類世界、華麗的阿斯嘉王國以及約頓海姆的冰凍星球這三個世界。」雖然漫威漫畫有很多阿斯嘉王國的原始素材可供參考，但是導演肯尼斯布萊納卻說：「鮑威爾契以好幾十個不同的角度思考阿斯嘉王國的樣貌，他靈感來自地球以及透過哈伯望遠鏡看到的宇宙，然後以天文物理學的角度研究外太空或是天神的世界，以及他們穿梭時空的方法。」

讓美術指導鮑威爾契最頭痛的是，這麼多年來，《雷神索爾》漫畫中的阿斯嘉王國以及其它世界也隨著時代改變呈現不同的樣貌，所以他必須融合不同的視覺元素，創造出全新的世界。美術指導鮑威爾契在位於加州曼哈頓灘的雷利工作室攝影棚搭建阿斯嘉和約頓海姆的龐大場景（之後又靠視覺特效讓這些場景看起來更雄偉壯觀）。鮑威爾契說：「最難的是替阿斯嘉找到適合的美學風格。我們花了好多個月的時間進行研究，勘察不同的外景地點，同時想像抽象的影像，但是很諷刺的是，我們最後決定使用最簡單直接的方法。」

他繼續說：「我和導演都覺得阿斯嘉的勇士和天神統治著九大國度，因此他們以高高在上的姿態看這個宇宙，而他們居住的世界就會顯得更先進、更和平及更優雅，並沒有人類世界的各種雜物。於是阿斯嘉王國的建築物就採用極簡風，但是同時也帶有北歐神話的元素。」美術指導鮑威爾契說：「我們接受原創漫畫家傑克科比的建議，替阿斯嘉這麼和諧的世界設計一些重要的場景和道具，比如說奧丁森的王位寶座以及他的寢室，而且我們特意添加了一些現代感，同時也適當地運用一些古老的北歐神話元素。」

《雷神索爾》的演員對製作團隊搭建的真實場景感到很高興，安東尼霍普金斯就認為這些佈景能讓演員融入片中的故事，他說：「美術指導鮑威爾契設計的佈景太讚了，我只要長鬍子、背好台詞、穿上盔甲然後就讓一切自然發生。」片中一個重要的場景是通往不同世界的彩虹橋後面的天文臺，漫畫並沒有這座天文臺，但是為了不讓彩虹橋顯得太單調，導演肯尼斯布萊納和美術指導鮑威爾契決定搭建這座天文臺。

攝影指導哈利斯贊巴盧可斯也在營造片中每個世界的氛圍時，扮演非常重要的角色，而且他很早就開始和導演和美術指導密切合作。他說：「阿斯嘉的世界充滿了金屬建材以及戰士身上的盔甲，所以這個場景不需要直接打光，而是反射光線以及來自火把和太陽的光線。」至於約頓海姆這個冰凍星球，攝影指導哈利斯贊巴盧可斯則說：「約頓海姆是一個很寒冷的地方，我會覺得那就是維京人想像的地獄，到處都是森林，而且一年四季都在下雪，完全沒有任何取暖的庇護所。」攝影指導哈利斯贊巴盧可斯從完全相反的地方找到拍攝天神世界的靈感，他說：「我受到知名水中攝影師大衛都必烈的作品的影響，因為他捕捉到我們想呈現的感覺，那就是沒有經過人工雕琢的美景。他拍攝的水草森林看起來就像是無止無盡的外太空。」

《雷神索爾》的漫畫迷都知道，天神都是透過一道天體門戶──彩虹橋（珍佛斯特稱之為蟲洞）──從一個世界到另一個世界，索爾和他的同袍戰士都是透過彩虹橋來到新墨西哥州。當索爾被貶到人間，掉到新墨西哥州的沙漠，他被天文物理學家珍佛斯特開車撞到，後來則被她收容，所以到實地取景拍攝能讓全片顯得更真實。

劇組在2010年的春天在新墨西哥州的外景地點進行了三個星期的拍攝工作。對新墨西哥州熟悉的人都知道，那裡的春天仍然非常寒冷，因此工作人員和演員都必須面對下大雪、下冰雹和颳強風的嚴苛考驗，但是這些經驗卻讓整個劇組產生一種向心力。對導演肯尼斯布萊納來說，新墨西哥州的自然環境和當地居民為全片提供了另一個層面，他說：「這個地方的居民經常會看天空，所以假如你是外星人或是來自另一個世界，來新墨西哥州準沒錯。」索爾被貶入凡間時，天空會產生類似龍捲風的閃電旋渦，於是在一望無際的沙漠中的小鎮就成了最佳的場景。

片中最後的高潮戲，也就是索爾和毀滅者決鬥的那場戲讓美術指導鮑威爾契想到西部片的決鬥，他說：「於是我就找到拍攝《四大漢》、《執法捍將》以及《決戰3:10》這些西部片的湯姆佛德牧場當作這場高潮戲的場景。他們在一座西部小鎮的大街進行一場生死決鬥。」這座虛構的小鎮其實是位於聖塔菲以南25英哩的普恩托安提格小鎮。他另外也重新改建了湯姆佛德牧場已經有的一座西部小鎮場景。美術指導鮑威爾契也希望普恩托安提格小鎮能讓人想到彩虹橋，正好普恩托安提格小鎮有一條街是直接蓋在沙漠上面，雖然這條街很老舊，但是卻令人想到連接不同世界的彩虹橋。