Med Loki (Tom Hiddleston) fængslet for forbrydelser begået i Midgård og fred og orden genoprettet i de Nueve Verdener vender Thor (Chris Hemsworth) triumferende tilbage til Asgård. Hans far, Odin (Anthony Hopkins), ser i sin søn en værdig efterfølger; hans mor, Frigga (Rene Russo), ser en dreng, der endelig er blevet til en mand; og hans ledsagere – Lady Sif (Jamie Alexander), Volstagg (Ray Stevenson), Fandral (Zachary Levi) og Hogun (Tadanobu Asano) – en ædel kriger, utrættelig ven og ærefrygtens prins. Men freden er igen truet, da Dr. Jane Foster (Natalie Portman) bliver besat af et ondsindet energivåben kaldet Aetheren, en hævngerrig Mørk alv ved navn Malekith (Christopher Eccleston) vækkes fra dybt rum-hibernering, angriber Asgårds hovedstad og efterlader intet andet end døden og hjertesorg i kølvandet. Fast besluttet på at redde Jane fra Aetheren og stoppe Malekith for enhver pris, tilkalder Thor Sif, de Tre Krigere og Bifrost-vagteren Heimdall (Idris Elba), henter og fritager sin tilskadekomne bror Loki og giver lys forfølgelsen. Andre steder, på Jorden, begynder Dr. Erik Selvig (Stellan Skarsgård) og den friske praktikant Darcy (Kat Dennings) at bemærke en alarmerende stigning i underlige fænomener, efterhånden som de nærmer sig en begivenhed kaldet Konvergensen; en engangs-til-en-milennium-tilstand af de Nueve Verdener, som Malekith planlægger at udnytte til at udslette alt i eksistensen.