Il film segue Thor (Chris Hemsworth) in un viaggio diverso da quelli affrontati fino ad ora, alla ricerca di se stesso. Ma il suo riposo è interrotto da un killer galattico conosciuto come Gorr il Macellatore di Dei (Christian Bale), che cerca l'estinzione degli dei. Per combattere la minaccia, Thor si affida all'aiuto di Re Valchiria (Tessa Thompson), Korg (Taika Waititi) e dell'ex fidanzata Jane Foster (Natalie Portman) che, con stupore di Thor, brandisce inspiegabilmente il suo martello magico, Mjolnir, come Mighty Thor. Insieme, intraprendono una sconvolgente avventura cosmica per scoprire il mistero della vendetta del Macellatore di Dei e fermarlo prima che sia troppo tardi.
