Med Loki (Tom Hiddleston) fängslad för brott begångna i Midgård och lugn och ordning återställd i de Nio Riken, återvänder Thor (Chris Hemsworth) segerrik till Asgård. Hans far, Odin (Anthony Hopkins), ser i sin son en värdig efterträdare; hans mor, Frigga (Rene Russo), en pojke som äntligen blivit en man; och hans följeslagare – Lady Sif (Jamie Alexander), Volstagg (Ray Stevenson), Fandral (Zachary Levi) och Hogun (Tadanobu Asano) – en ädel krigare, tålmodig vän och hederlig prins. Men freden hotas igen när Dr. Jane Foster (Natalie Portman) blir besatt av ett ondskefullt energivapen kallat Aether, en hämndlysten Mörk-alv vid namn Malekith (Christopher Eccleston) vaknar upp ur djup rymdhavelse, attackerar Asgårds huvudstad och lämnar inget annat än död och sorg efter sig. Besluten att rädda Jane från Aether och stoppa Malekith till varje pris uppmuntrar Thor Sif, de Tre Krigarna och Bifrosts väktare Heimdall (Idris Elba), rekryterar och frigör sin skamsna bror Loki och ger jakten en start. På andra håll, på jorden, börjar Dr. Erik Selvig (Stellan Skarsgård) och pigga praktikanten Darcy (Kat Dennings) märka en alarmerande ökning av märkliga fenomen när de närmar sig en händelse som kallas Konvergensen; en en gång i millenniet skeende av de Nio Realmer som Malekith planerar att utnyttja för att utplåna allt till existence.