I år In 965 e.Kr. truer de mægtige Frostjægere Jorden og skubber hende ud i en ødelæggende isalder. Menneskeheden kæmpede heltemodigt mod truslen og, med hjælp fra Asgårdianerne -- ledet af deres mægtige konge Odin (Anthony Hopkins) -- besejrede Frostjægerne og genoprettede freden i universet. Med Frostjægernes kilde til magt sikkert gemt væk dybt inde i Asgård, truende krigen ikke længere universet, og kun åbenlys forræderi kunne igen bringe de to sider til afgrundens rand. År senere, med Odin klar til at hæve sin søn Thor (Chris Hemsworth) til konge af Asgård, infiltrerer Frostjægerne Asgård og udrydder flere af hendes fineste krigere. Thor, hans bror Loki (Tom Hiddleston) og en udvalgt gruppe af Asgårds mest magtfulde krigere -- uden stadig kong Odin's velsignelse -- rejser til Frostjægernes hjemverden Jotunheim for at fjerne dem en gang for alle. Uarbej¬det at opnå total sejr og Frostjægerne uvillige til at acceptere en våbenhvile fra ingen anden end Odin selv, bliver Asgårdianerne fejet bort, før mere blod kan flyde. En rasende Odin fratager Thor hans kræfter og sender hans nu dødelige søn i eksil på Jorden. Heldigvis følger hans mægtige hammer, Mjolnir, med ham, men den er blevet fortryllet, så kun en mand værdig til at bære dens styrke må bære den. Når Thor forsøger at vænne sig til sit nye hjem og sine begrænsede kræfter, bliver han venskab med en astrofysiker ved navn Jane Foster (Natalie Portman), der lærer og oplever mere, end hun nogensinde har drømt om, når Thor's sande opholdssted og potentielle kræfter afsløres. Nu, med skyggefulde regerings-spioner i deres hæl, må Thor bevise sig selv værdig til at bære universets mest magtfulde våben, alt imens hans hjemverden Asgård hænger i balancen, da et magtspil truer stabiliteten i hele universet.