Loki (Tom Hiddleston) vankilassa Midgårdin tekemiä rikoksia vastaan ja rauhan sekä järjestyksen palaututtua Nine Realmsiin, Thor (Chris Hemsworth) palaa voitokkaasti Asgård’iin. Hänen isänsä, Odin (Anthony Hopkins), näkee pojassaan arvollisen seuraajan; äitinsä, Frigga (Rene Russo), pojan, joka on vihdoin tullut mieheksi; ja hänen kumppaninsa — Lady Sif (Jamie Alexander), Volstagg (Ray Stevenson), Fandral (Zachary Levi) sekä Hogun (Tadanobu Asano) — jalosukuinen soturi, väsymätön ystävä ja kunniaa kunnioittava prinssi. Mutta rauha uhkaa jälleen, kun tohtori Jane Foster (Natalie Portman) joutuu julman energiapyssin, Aetherin, riivaamaksi, kirottu Pimeän Eindiksi nimetty Malekith (Christopher Eccleston) herää syvän avaruuden horroksesta, hyökkää Asgårdin pääkaupunkiin ja jättää jälkeensä ainoastaan kuoleman ja surun. Päättäväisenä pelastamaan Jane Aetheriltä ja pysäyttämään Malekithin kaikista kustannuksista, Thor saa avukseen Sifin, Warriors Threein ja Bifrostin vartija Heimdallin (Idris Elba), rekrytoi ja vapauttaa häntä häpäistyn veljensä Loki’n, ja jahtaa. Muualla Maassa, tohtori Erik Selvig (Stellan Skarsgård) ja pirteä praktikantti Darcy (Kat Dennings) alkavat huomata huolestuttavaa lisääntymistä outojen ilmiöiden osalta, kun he lähestyvät tapahtumaa, jota kutsutaan Convergenceiksi; Nine Realmsin kerran vuosisadassa tapahtuva yhteensopivuus, jonka Malekith aikoo hyödyntää tuhotakseen kaiken olemassa olevan.