剧情承接《复仇者联盟》，纽约大战结束一年后，带着弟弟洛基（汤姆·希德勒斯顿 Tom Hiddleston 饰）回到仙宫的雷神索尔（克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰）将面对一股远古黑暗势力的挑战——复仇心切的黑暗精灵首领马勒凯斯（克里斯托弗·埃克莱斯顿 Christopher Eccleston 饰）率领神秘而强大的种族卷土重来，意欲将全宇宙笼罩在黑暗中。面对这样一个连奥丁在内整个仙宫都束手无策的劲敌，了解他们的人只有一个——洛基。不得不向洛基寻求帮助，并与之结盟，踏上有生以来最危险的征程——这次旅途固然会令他与地球恋人简·福斯特（娜塔丽·波特曼 Natalie Portman 饰）久别重逢，但也将迫使他牺牲一切，唯此才能拯救整个宇宙。

勇敢善战雷神托尔（克里斯•海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰），作为永恒境界阿斯加德的王位继承人，受人敬仰。然而由于一次鲁莽的行动，险此挑起一场古老的战争，因此被父亲天神奥丁（安东尼•霍普金斯 Anthony Hopkins 饰）流放到人间。托尔在人间认识了美丽的女科学家珍•福斯特（娜塔莉•波特曼 Natalie Portman 饰）和她的工作伙伴，在他们的帮助下，托尔找到了和自己一起被贬的雷神之锤，但此时的雷神之锤并不属于他。此间，托尔的弟弟洛基为了成为阿斯加德的王，居然联合寒冰巨人，企图在永恒境界掀起一场腥风血雨。为了维持永恒之界的法度，托尔的四位朋友也来到人间，他们决定带托尔返回永恒之境。此时，为了阻止雷神重归永恒境界，洛基派出巨人杀死托尔。丧失能力和法战的托尔为了保护无辜的人类与自己的朋友，献出了自己的生命。托尔的死打破了天神的的咒语，托尔复活并重获雷神之力战胜巨人。此时，天神生命危在旦夕，托尔必须与自己的朋友们重返永恒之界，维护那里的法度……