En el centro de la historia está el mítico Thor (Chris Hemsworth), un poderoso pero arrogante guerrero cuyas irresponsables acciones reinician una guerra ancestral. Thor es desterrado a la Tierra por su padre Odin (Anthony Hopkins) y forzado a vivir entre los humanos. Una bella y joven científica Jane Foster (Natalie Portman), tiene un profundo efecto sobre Thor y se convierte en su primer amor. Es en la Tierra donde Thor descubre lo que hay que tener para ser un héroe cuando el más peligroso de los villanos de su mundo envía las más oscuras fuerzas del mal de Asgard hacia la Tierra.