În 2015, Hemsworth a jucat în thrillerul de acțiune al regizorului Michael Mann "Blackhat", alături de Viola Davis. Filmul a fost o bombă la box office și a fost slab primit. Pentru mulți critici, o problemă semnificativă a filmului a fost distribuirea lui Hemsworth ca hacker; Christy Lemire de la "Chicago Sun-Times" a remarcat: "Oricine își face drum în lume stând în fața unui ecran de computer toată ziua nu va arăta la fel de chipeș ca Hemsworth". Hemsworth însuși a recunoscut mai târziu că a fost nemulțumit de performanța sa: "Nu mi-a plăcut ceea ce am făcut în film", a comentat el. "A fost doar o încercare de a face ceea ce am crezut că oamenii ar fi vrut să vadă. Dar nu cred că mă pricep la asta". Şi-a reluat rolul de Thor pentru a patra oară în continuarea filmului "The Avengers". Pe lângă recenziile pozitive ale filmului, care a încasat peste 1,4 miliarde de dolari în întreaga lume, Hemsworth a câștigat, de asemenea, premiile People's Choice
Pentru cel mai bun actor de acţiune. Hemsworth s-a întors pe platoul de filmare al "Home and Away" în noiembrie 2014 pentru a filma o scenă ca figurant și nu ca personajul său Kim Hyde. Episodul în care a apărut a fost difuzat pe 19 mai 2015.