阿斯加德王位繼承人雷神托爾（克里斯·海姆斯沃斯 飾）因魯莽舉動險些引發古老戰爭，被父親奧丁（安東尼·霍普金斯 飾）剝奪神力并流放至人間。在地球期間，他結識了女科學家珍·福斯特（娜塔莉·波特曼 飾）及其團隊，并在他們的幫助下找到被一同貶落的雷神之錘。此時錘上刻著"唯有真正之人方可持有此力"的銘文，托爾因未具資格而無法舉起。與此同時，其弟洛基（湯姆·希德勒斯頓 飾）為篡奪王位，勾結寒冰巨人陰謀顛覆阿斯加德。托爾的四位戰友為維護宇宙秩序來到人間，試圖帶他返回永恒之境。洛基派出寒冰巨人刺客追殺托爾，在失去神力的情況下，托爾為保護人類同伴甘愿犧牲生命。這種舍己行為破除了奧丁施加的咒語，托爾由此覺醒真正的王者之心，在復活后重獲雷神之力擊敗刺客。此時奧丁陷入生命危機，托爾攜重塑的錘子與戰友重返阿斯加德，揭露洛基陰謀并阻止了寒冰巨人的入侵，最終在彩虹橋上與醒悟的奧丁達成和解。影片改編自斯坦·李與杰克·科比創作的1962年漫威漫畫。