Сюжет
Йотунхейм, X век н. э. Бог Один, царь Асгарда, вёл войну с ледяными великанами Йотунхейма и их предводителем Лафеем, чтобы предотвратить завоевание ими девяти миров. Войско Асгарда нанесло поражение великанам, также Один забрал с собой источник их силы — ледяной ларец. Лафей и его народ обессилели и были фактически заперты в своём мире.
Асгард, настоящее время. Молодой бог грома и молнии Тор, один из двух сыновей Одина, готовится взойти на престол, но коронацию прерывает вторжение йотунов, которые смогли пробраться к ледяному ларцу, но были нейтрализованы Разрушителем — стражем, охраняющим хранилище оружия и представляющим полуавтономное существо. Тор затевает спор, предлагая идти с войной против йотунов, нарушивших условия мирного договора, но получает запрет от отца. Локи, брат Тора, подталкивает его нарушить запрет отца и пойти с войной в Йотунхейм без его ведома. Тор собирает группу в лице своего брата, подруги детства Сиф и трёх воинов: Вольштагга, Фандрала и Огуна.
С помощью Радужного Моста и его Хранителя Хаймдалля они попадают в Йотунхейм, где находят Лафея. Лафей сообщает, что «при дворце Одина много предателей», и предлагает отступить, на что Тор соглашается, но затем один из йотунов расчётливо наносит оскорбление Тору, и это заставляет Тора вступить в бой. Во время боя йотуны пытаются заморозить асгардцев ледяными касаниями, однако Локи замечает, что на него сила великанов не действует и с его кожей почти ничего не происходит (не считая проступившего синего пигмента — характерного признака для йотунов). Бой заканчивается поражением Тора — их окружают великаны, но вмешивается примчавшийся через портал Один, который переносит всю команду домой.
Асгард. Разъярённый неповиновением запрету идти в Йотунхейм и высокомерием Тора, Один лишает сына права управлять молотом Мьёльниром и отправляет в изгнание на Землю. Молоту он приказывает подчиняться в последующем только тому, кто будет достоин: «отныне поднять Мьёльнир сможет лишь тот, кто будет достоин обладать силой Тора».
Земля. Где-то в пустыне Нью-Мексико молодой доктор Джейн Фостер, её наставник доктор Эрик Селвиг и аспирантка Дарси Льюис готовятся научно зафиксировать одно из атмосферных явлений. Вместо ожидаемого они видят странное свечение в небе и, попытавшись подъехать и снять его на камеру, случайно сбивают Тора машиной.
В то же время в пятидесяти милях от них падает молот Тора, образовав огромную воронку. Случайный проезжий видит Молот и пытается поднять, но тот не поддаётся, обладая титанической гравитацией в недостойных руках. Через некоторое время вокруг воронки собирается целая толпа из местных жителей, каждый из которых пробует поднять Молот, делаются ставки, организуется развлекательный лагерь. Также появляется агент Щ.И.Т.а Фил Коулсон.
Асгард. Сиф и трое воинов обсуждают изгнание Тора, и Локи признаётся, что это он сказал Хеймдаллю, чтобы он сообщил Одину, об их намерении идти в Йотунхейм, но не предполагал, что Тора могут изгнать. Когда Локи уходит, воины подозревают его в скрытом умысле, жажде власти над Асгардом и зависти к Тору, а также в том, что у него была возможность тайно провести йотунов в Асгард во время коронации Тора.
В хранилище оружия Один рассказывает Локи правду о том, что он — йотун-полукровка и сын Лафея, потому замораживающая сила йотунов не действует на него. После войны Один нашёл младенца, рост которого был мал для великана-йотуна, и забрал его, надеясь, что это поможет заключить мирный договор с Йотунхеймом и объединить два мира. Во время разговора Один теряет сознание и впадает в глубокий сон. По праву наследования Локи оказывается на троне Асгарда. Троица воинов и Сиф пытаются уговорить царя Локи вернуть Тора в Асгард, но он игнорирует их просьбу.
Земля. Колсон и его агенты конфискуют все записи Джейн Фостер, которые могли бы навести на истинную природу появления Молота. В кафе Тор узнает, где упал Мьёльнир, и отправляется туда вместе с Джейн, чтобы вернуть своё оружие и её записи. Прибыв на место воронки, они видят, что вокруг Молота агентами Щ. И.Т.а построен целый объект, обнесённый стенами. Нейтрализовав охрану и проникнув внутрь, Тор пытается взять Молот, но тот не двигается с места. Агенты арестовывают Тора, и Коулсон допрашивает его, надеясь узнать, кто он и как без труда прошёл охрану объекта. На некоторое время Коулсон отлучается, и в комнате появляется Локи, который сообщает Тору, что его отец умер, не сумев смириться с его поступком. В ответ на просьбу Тора вернуть его назад Локи отвечает, что этого не хочет их мать. Локи уходит, пробуя перед этим поднять Мьёльнир, который остаётся недвижим. По просьбе Джейн доктор Селвиг отправляется на объект Щ. И.Т.а и выдаёт Тора за своего сотрудника — доктора Дональда Блейка. Коулсон отпускает их, но приказывает двум агентам проследить за ними (зная, что Селвиг говорит неправду).
Йотунхейм. Локи отправляется в Йотунхейм, где сообщает Лафею, что именно он помог некоторым из его великанов попасть к ларцу, чтобы намеренно сорвать коронацию Тора. Он предлагает ему самому убить Одина взамен на возвращение ларца — источника их силы, который вернёт Йотунхейму былое могущество, а смерть Одина откроет Локи перспективу занять трон Асгарда.
Асгард. По возвращении Локи Хеймдалль уличает его в предательстве и в том, что он намеренно сокрыл себя от его всевидящего взгляда, отправившись в Йотунхейм. Локи, как новый царь, приказывает Хеймдаллю никого не пускать к Радужному Мосту, и Хеймдалль нехотя подчиняется. Обеспокоенные воины, друзья Тора, решают сами найти его, и Хеймдалль помогает им, после чего Локи замораживает его за неповиновение. Вернувшись в замок, Локи приказывает Разрушителю отправиться на Землю и уничтожить всех.
Земля. Сиф, Вольштагг, Фандрал и Огун находят Тора. Поняв, что вчетвером им не отразить нападение Разрушителя, Тор велит всем отступить, а сам предлагает Разрушителю забрать его жизнь и пощадить людские. Разрушитель мощной оплеухой отбрасывает Тора и уходит. Джейн подходит к Тору, думая, что он погиб, но в этот момент на объекте Щ.И.Т.а активизируется Мьёльнир, улетает и сам возвращается в руку оживлённого им Тора. Тор облачается в свои обычные доспехи и с помощью силы Мьёльнира уничтожает Разрушителя. Это наблюдают и агенты Щ. И.Т.а, которые соглашаются вернуть Джейн её исследования, сказав, что они понадобятся ей в дальнейшей работе.
Асгард/Земля. Локи приводит йотунов в замок, чтобы убить Одина. С Земли Тор зовёт Хеймдалля, чтобы тот открыл Мост и перенёс его с друзьями обратно; но ответа всё нет. При этой заминке Тор решает, что случилось нечто опасное и решает пока не брать Джейн с собой; он целует Джейн и обещает, что вернётся за ней. Зов Тора наконец разрушает заклятие Локи, Хеймдалль освобождается ото льда и переносит Тора и его воинов в Асгард.
Асгард. Лафей приходит в покои Одина и заносит клинок, готовясь убить его, но Локи спасает Одина и убивает Лафея, раскрывая свой истинный план: героически спасти приёмного отца от подстроенного нападения, с помощью силы Моста разрушить весь Йотунхейм — всё это ради того, «чтобы хотя бы раз быть лучше Тора», чтобы Один гордился Локи и его победой над великанами. Он просит появившегося к этому моменту Тора отступить, но после слов, что вслед за Йотунхеймом будет уничтожена Земля, Тор нападает на Локи. Во время боя они вылетают на Мост, где Тор кладёт Мьёльнир на грудь Локи (который не может его сдвинуть), а сам пытается пройти к Мосту, крушащему Йотунхейм, и остановить чудовищный план брата. Видя, что он не может справиться, Тор решает сокрушить Молотом Мост — единственный известный асгардцам способ попасть на Землю — после чего Тор никогда не увидит Джейн. Мост начинает разрушаться, оба брата падают с него в никуда, но их успевает спасти очнувшийся Один. Локи успевает сказать, что у него бы всё получилось ради всеобщего блага, но, видя, что Один не одобряет его план, сам разжимает руку и падает.
Несмотря на предательство Локи, Тор скорбит по брату и скучает по Джейн. Один предлагает Тору стать царём, но тот отказывается, говоря, что должен ещё многому научиться. У Хеймдалля, на разрушенном Мосту, он спрашивает, есть ли надежда, что он встретится с Джейн. Хеймдалль отвечает, что надежда есть всегда и он видит Джейн: она ждёт и ищет Тора.
Земля. После титров профессор Селвиг идёт по лаборатории и встречается с Ником Фьюри. В разговоре они обсуждают произошедшие события и исследования Селвига. В конце Ник Фьюри открывает серебряный кейс и показывает профессору нечто, подключённое к датчикам. Ник говорит: «Это — энергия, научимся её извлекать — и она станет неиссякаемой». В отражении рядом с Селвигом появляется Локи и говорит: «Что ж, я думаю, на это стоит взглянуть». Селвиг послушно повторяет слова Локи.
