ธอร์ (คริส เฮมส์เวิร์ธ) จะได้ไปผจญภัยในแบบที่ไม่เหมือนครั้งไหนที่เขาเคยเจอมาก่อน ภารกิจในการค้นหาความสงบสุขภายใน แต่การเกษียณของเขาถูกรบกวนโดยนักฆ่าข้ามจักรวาลนามว่า กอร์ นักเชือดเทพเจ้า (คริสเตียน เบล) ผู้แสวงหาการสูญพันธ์ของเทพเจ้าทั้งมวล เพื่อต่อสู้กับภัยคุกคามนี้ ธอร์ควานหาความช่วยเหลือจาก ราชาวัลคีรี่ (เทซซ่า ทอมป์สัน), คอร์ก (ไทก้า ไวตีติ) และแฟนเก่าของเขา เจน ฟอสเตอร์ (นาตาลี พอร์ตแมน) ผู้ที่ทำให้ธอร์ตกใจจนตาค้าง เมื่อเธอกำลังถือครองค้อนโยเนียร์ของเขา ในฐานะของ The Mighty Thor

พวกเขาต้องร่วมมือกันผจญภัยข้ามจักรวาลไปเพื่อค้นหาความลับเบื้องหลังความแค้นของนักเชือดเทพเจ้าคนนี้ เพื่อหยุดยั้งเขาเอาไว้ก่อนที่มันจะสายจนเกินไป