Avec Loki (Tom Hiddleston) emprisonné pour des crimes commis à Midgard et la paix et l’ordre rétablis dans les Neuf Royaumes, Thor (Chris Hemsworth) revient triomphant d’Asgard. Son père, Odin (Anthony Hopkins), voit en son fils un digne successeur; sa mère, Frigga (Rene Russo), voit un garçon qui est enfin devenu un homme; et ses compagnons — Lady Sif (Jamie Alexander), Volstagg (Ray Stevenson), Fandral (Zachary Levi) et Hogun (Tadanobu Asano) — un noble guerrier, un ami infatigable et un prince honorable. Mais la paix est de nouveau menacée lorsque le Dr Jane Foster (Natalie Portman) est possédée par une arme d’énergie sinistre appelée l’Aether, un Elfe Noir vindicatif nommé Malekith (Christopher Eccleston) est réveillé d’une hibernation dans l’espace profond, attaque la capitale asgardienne et ne laisse derrière lui que mort et chagrin sur son passage. Résolu à sauver Jane de l’Aether et à arrêter Malekith à tout prix, Thor sollicite l’aide de Sif, des Warriors Three et du gardien du Bifrost Heimdall (Idris Elba), recrute et libère son frère disgracié Loki, et se lance à leur poursuite. Ailleurs, sur Terre, le Dr Erik Selvig (Stellan Skarsgård) et l’intern émérite Darcy (Kat Dennings) commencent à remarquer une inquiétante augmentation des phénomènes étranges à l’approche d’un événement baptisé la Convergence; une alignement une fois tous les millénaires des Neuf Mondes que Malekith prévoit d’exploiter pour anéantir tout ce qui existe.