Året år 965 e.Kr. hotade de mäktiga Frost Giants jorden och drev den mot en förödande istid. Människan kämpade tappert mot hotet och, med hjälp av Asgårdsborna – ledda av deras mäktige kung Odin (Anthony Hopkins) – besegrade Frost Giants och återställde freden i universum. Med Frost Giants källkraft säkert gömd djupt inne i Asgård fanns hotet om krig inte längre över universum, och endast öppen förräderi kunde igen föra de två sidorna till randen av katastrof. År senare, när Odin står i färd med att upphöja sin son Thor (Chris Hemsworth) till kung av Asgård, infiltrerar Frost Giants Asgård och tillintetgör flera av hennes mest framstående krigare. Thor, hans bror Loki (Tom Hiddleston), och en utvald grupp av Asgårds mest kraftfulla krigare – utan fortfarande kung Odin's välsignelse – reser till Frost Giants hemvärlden Jotunheim för att ta dem ur spel för gott. Oförmögen att uppnå fullständig seger och Frost Giants ovilliga att acceptera vapenstillestånd från ingen mindre än Odin själv, rycks Asgårdsborna bort innan ytterligare blod spillts. En rasande Odin avsätter Thor hans krafter och sänder sin nu mänskliga son i exil på jorden. Lyckligtvis följer hans mäktiga hammare, Mjolnir, med honom, men har förtärats så att endast en man värdig att använda sin kraft får bära den. När Thor försöker vänja sig vid sitt nya hem och sina begränsade krafter blir han vän med en astrophysiker vid namn Jane Foster (Natalie Portman) som lär sig och upplever mer än hon någonsin drömt om när Thor's sanna vara och potentiella krafter avslöjas. Nu, med skumma statstjänstemän på deras spår, måste Thor bevisa sig värdig att väga universums mäktigaste vapen, samtidigt som hans hemvärld Asgård hänger i balansen när en maktkamp hotar hela universums stabilitet.