W roku 965 r. n.e. potężne Frost Giants groziły Ziemi, popychając ją ku niszczycielskiej epoce lodowej. Ludzkość odważnie stawiła czoła zagrożeniu i, dzięki pomocy Asgardian — dowodzonych przez ich potężnego króla Odina (Anthony Hopkins) — pokonała Frost Giants i przywróciła pokój we wszechświecie. Gdy źródło mocy Frost Giants zostało bezpiecznie ukryte głęboko w Asgardzie, groźba wojny przestała wisieć nad wszechświatem, a jedynąotwierającą groźbą znowu mogły być czarne zdrady. Lata później, gdy Odin ma podnieść swojego syna Thora (Chris Hemsworth) na króla Asgardu, Frost Giants infiltrują Asgard i dokonują masakry na kilku z jego najlepszych wojowników. Thor, jego brat Loki (Tom Hiddleston) i wybrana grupa najpotężniejszych wojowników Asgardu — bez błogosławieństwa jeszcze samego króla Odina — udają się na domowy świat Frost Giantsów, Jotunheim, by raz na zawsze ich wyeliminować. Nie będąc w stanie całkowicie zwyciężyć, a Frost Giants niechętnie godzą się na rozejm z samym Odinem, Asgardowie zostają zabierzeni zanim jeszcze więcej krwi do gry zostanie przelana. Rozjuszony Odin pozbawia Thora jego mocy i wysyła swojego terazśmiertelnego syna na wygnanie na Ziemię. Na szczęście jego potężny młot, Mjolnir, towarzyszy mu, lecz został zaklęty, aby tylko człowiek godny noszenia jego siły mógł go dźwigać. Gdy Thor próbuje przyzwyczaić się do nowego domu i ograniczonych mocy, zaprzyjaźnia się z astrofizykiem Jane Foster (Natalie Portman), która uczy się i doświadcza więcej, niż kiedykolwiek marzyła, gdy odkrywane są prawdziwe miejsce Thor’a i potencjalne moce. Teraz, gdy za ich plecami czają się podejrzani agenci rządowi, Thor musi udowodnić, że jest godny posługiwania się najpotężniejszą bronią wszechświata, podczas gdy jego ojczysty świat Asgard wisi na włosku, a rywalizacja o władzę zagraża stabilności całego wszechświata.