Jego matka pomogła mu z realizacją taśmy na przesłuchanie, grając w niej Odyna. Hemsworth zaplanował też ponowne wcielenie się w Thora w filmie Avengers (2012), tworzonym na podstawie komiksu Marvela o drużynie superbohaterów zebranej do ochrony Ziemi.
W biograficznym dramacie sportowym Wyścig (Rush, 2013) wcielił się w postać Jamesa Hunta. W 2014 magazyn „People” koronował go „najseksowniejszym mężczyzną świata”, a w 2016 „Vanity Fair” określił go mianem najprzystojniejszego aktora. Hemsworth za swoją najgorszą rolę uważa postać Nicka Hathawaya w dreszczowcu Michaela Manna Haker (2015), za którą był nominowany do Teen Choice Awards. W 2020 został globalnym ambasadorem perfum Boss Bottled„Men’s Health” (edycja polska), Zdefiniuj sukces, Nr 1 (196)/styczeń 2021 str.