Az évben 965-ben A.D. a hatalmas Frost Giants Fenyegették a Földet, és egy pusztító jégkorszak felé sodorták. Az emberiség bátran harcolt a fenyegetés ellen, és Asgardiak segítségével – akiknek ereje királya Odin (Anthony Hopkins) vezet – legyőzték a Frost Giants-t, és visszaállították a békét az univerzumban. A Frost Giants hatalmának forrása biztonságosan elzárva mélyen Asgardban rejtve, a hadakozás veszélye többé nem lebegett az univerzum felett, és csak nyílt árulás hozhatta volna vissza a két oldal közé a kataszát. Évek teltek el, és miközben Odin felhatalmazza fiát, Thor-t (Chris Hemsworth), hogy Asgard királyává válasszon, a Frost Giants behatolnak Asgardba és legyilkolnak néhányat Asgard legnagyobb harcosai közül. Thor, testvére, Loki (Tom Hiddleston), és egy kiválasztott csoport Asgard legerősebb harcosai – Odin királyi jóváhagyása nélkül – a Frost Giants otthonába, a Jotunheim világába utaznak, hogy végleg elpusztítsák őket. A teljes győzelem megszerzésére nem képesek, a Frost Giants pedig nem hajlandóak ugyanolyan tűzszünetet elfogadni más valaki által, mint Odin maga, így az Asgardiak elmenekülnek, mielőtt további vér kerülhetne ontásra. Dühös Odin elvágja Thor hatalmát, és száműzi halandóként fiát a Földre. Szerencsére erejét hordozó kalapácsa, Mjolnir, vele marad, de meg van varázsolva úgy, hogy csak egy méltó férfi viheti annak erejét. Ahogy Thor igyekszik hozzászokni új otthonához és korlátozott hatalmához, találkozik egy asztrófizikussal, Jane Foster-rel (Natalie Portman), aki többet tanul és tapasztal annál, amit valaha is álmodott, amikor Thor valódi holléte és lehetséges hatalma feltárul. Most, míg a gyanús kormányzati kémek nyomában járnak, Thornak meg kell oldania, hogy méltó legyen a világegyetem legerősebb fegyverének használatára, miközben otthont adó bolygója, Asgard a hatalmi harc következtében a teljes univerzum stabilitására les rá.