Dans l'année 965 après J.-C., les puissants Géants des Glaces menacèrent la Terre et l’entraînèrent vers une dévastatrice ère glaciaire. L’humanité lutta vaillamment contre la menace et, avec l’aide des Asgardiens — dirigés par leur puissant roi Odin (Anthony Hopkins) — vainquit les Géants des Glaces et rétablit la paix dans l’univers. Avec la source de pouvoir des Géants des Glaces bien cachée au plus profond d’Asgard, la menace de guerre ne planait plus sur l’univers, et ce n’était que traîtrise ouverte qui pouvait à nouveau pousser les deux camps au bord du désastre. Des années plus tard, Odin prêt à élever son fils Thor (Chris Hemsworth) au rang de roi d’Asgard, les Géants des Glaces infiltrent Asgard et massacrent plusieurs de ses plus grands guerriers. Thor, son frère Loki (Tom Hiddleston) et un groupe select des guerriers les plus puissants d’Asgard — sans l’assentiment du roi toujours— voyagent sur le monde natal des Géants des Glaces, Jotunheim, pour les éliminer une fois pour toutes. Incapable d’obtenir une victoire totale et les Géants des Glaces refusant d’accepter une trêve de la part de nul autre que Odin lui-même, les Asgardiens sont emportés avant que d’autres sangs ne soient versés. Un Odin furieux démet Thor de ses pouvoirs et envoie son fils désormais mortel en exil sur Terre. Heureusement, son puissant marteau, Mjolnir, l’accompagne, mais il a été enchanté de manière à ce qu’un homme digne de manier sa force puisse le porter.Alors que Thor tente de s’habituer à sa nouvelle demeure et à ses pouvoirs limités, il se lie d’amitié avec une astrophysicienne nommée Jane Foster (Natalie Portman) qui en apprend et fait l’expérience de bien plus qu’elle n’aurait jamais rêvé lorsque les véritables emplacements et pouvoirs potentiels de Thor sont révélés. Désormais, avec des espions gouvernementaux malhonnêtes sur leurs traces, Thor doit prouver qu’il est digne de manier l’arme la plus puissante de l’univers, tandis que son monde natal d’Asgard vacille alors qu’une lutte de pouvoir menace la stabilité de l’univers tout entier.