影片以北欧神话为背景，故事围绕雷神的弟弟洛基展开。洛基逃出阿斯加德后，试图在地球上找到隐藏的宇宙之力，进而破坏人类世界。为达此目的，他杀害了父亲奥丁，来到地球唤醒神兽巨狼芬里尔，妄图摧毁九界之树，以获取宇宙控制权。洛基凭借神力伪装成考古学家，成功唤醒了巨狼。 雷神托尔得知弟弟的疯狂行径后，迅速前往地球阻止他。在地球上，雷神结识了正在挖掘芬里尔监狱的考古学家格蕾丝博士和其他朋友，他们决定共同对抗洛基，维护地球和平。 在与洛基和芬里尔的战斗中，雷神一度落败。但在父亲奥丁的精神感召下，他重拾勇气，再次投入战斗。关键时刻，格蕾丝博士举起了雷神之锤，证明人类同样可以成为真正的勇者。最终，雷神和朋友们成功击败洛基，守护了地球和平，雷神也回到了阿斯加德。