雷神托尔（克里斯·海姆斯沃斯 饰）最近很困惑，时常被噩梦惊醒。梦中，他看到阿斯加德燃起熊熊大火。而火焰巨人苏尔特尔的皇冠与永恒之火结合，完全恢复了力量的火焰巨人比山峰还要高大，将阿斯加德化为焦土。这正暗合了一条古老的预言——诸神黄昏，即阿斯加德的覆灭。为了消除心中的疑虑，托尔带着雷神之锤来到苏尔特尔的老巢。在万军之中直取上将首级，夺下火焰巨人那形如骷髅的皇冠。
彩虹桥的新看门人斯科尔奇（卡尔·厄本 饰）正忙着向姑娘们炫耀他从九大王国弄回来的宝贝，其中从米德加德（地球）上得到的两把M16全自动步枪是他的最爱，拿在手里颇有男子汉的味道。还是在美女的提醒下，他才发觉托尔正在呼叫支援，急忙丢下手中的宝贝，开启彩虹桥，将陷入重重包围的托尔传回阿斯加德。
已经有些时候没有回阿斯加德的托尔从斯科尔奇口中得知，此前一直忠诚的看门人海姆达尔（伊德瑞斯·艾尔巴 饰）尽然被奥丁（安东尼·霍普金斯 饰）指责玩忽职守，而且在审判前潜逃。刚才苏尔特尔就说过奥丁不在阿斯加德，当时托尔并没当回事。现在听到斯科尔奇所说，托尔疑心更甚，一定是那个狡猾的弟弟诡计之神洛基在耍花样。
将火焰巨人的皇冠锁进宝库后，托尔来到皇宫。宫殿前树立起高大的洛基神像，父王奥丁津津有味的观赏着戏剧，内容全是歌颂洛基的丰功伟绩，已到了肉麻的地位。忍无可忍的托尔在众人面前，揭穿了洛基的幻象。众神之王奥丁在妻子去世后，意志消沉，神力几乎油尽灯枯。没想到洛基在此时还趁火打劫，篡权夺位。
经不住托尔的逼问，洛基只好带他来到纽约一处正在拆除的小楼前。被夺走神力的奥丁就被洛基丢在这里，现在哪还找得到人。正无奈之际，洛基脚下的人行道出现一个黑洞，瞬间就掉了进去。黑洞也随即合拢，只留下一张写着地址的卡片。
按照卡片上的地址，托尔到了一间奇怪的房子，房子的主人是奇异博士史蒂芬（本尼迪克特·康伯巴奇 饰）。就像雷神要保卫阿斯加德一样，奇异博士也要保护地球，尤其要提防洛基这种给地球带来重大伤害的邪恶人物。
史蒂芬拥有强大的法力，能感知到奥丁的所在，也愿意帮助托尔。条件只有一个，托尔和洛基尽快离开地球。奥丁就在挪威，史蒂芬施法打开时空门，托尔只需跨一步就能到达挪威。当然，托尔也没忘了还在黑洞里不停下坠的弟弟洛基。史蒂芬可不想跟恼羞成怒的洛基多做纠缠。手一挥，将托尔和洛基推过了时空门。
