Met Loki (Tom Hiddleston) gevangen gezet voor misdaden gepleegd in Midgard en vrede en orde hersteld in de Negen Rijken, keert Thor (Chris Hemsworth) triomfantelijk terug naar Asgard. Zijn vader, Odin (Anthony Hopkins), ziet in zijn zoon een waardige opvolger; zijn moeder, Frigga (Rene Russo), een jongen die eindelijk een man is geworden; en zijn metgezellen -- Lady Sif (Jamie Alexander), Volstagg (Ray Stevenson), Fandral (Zachary Levi) en Hogun (Tadanobu Asano) -- een nobele krijger, onvermoeibare vriend en eerbiedwaardige prins. Maar de vrede wordt opnieuw bedreigd wanneer Dr. Jane Foster (Natalie Portman) bezeten raakt door een sinistere energie-wapen genaamd de Aether, een wraakzuchtige Dark Elf genaamd Malekith (Christopher Eccleston) wordt uit diepe ruimte-hibernatie gewekt, valt de Asgardse hoofdstad aan en laat niets dan dood en verdriet achter. Vastbesloten Jane te redden uit de Aether en Malekith tegen elke prijs te stoppen, vraagt Thor de hulp van Sif, de Warriors Three en Bifrost-bewaker Heimdall (Idris Elba), werft en bevrijdt zijn doorend vader Loki en jaagt achtervolging aan. Elders, op Aarde, beginnen Dr. Erik Selvig (Stellan Skarsgård) en enthousiaste stagiair Darcy (Kat Dennings) een verontrustende toename van vreemde verschijnselen op te merken na een gebeurtenis genaamd de Convergentie; een eens-in-een-millennia-lijnen van de Negen Rijken die Malekith van plan is te misbruiken om alles wat bestaan heeft te vernietigen.