Dans le film, Thor (Chris Hemsworth) se lance dans un tout nouveau type de voyage : une quête de lui-même. Mais sa retraite est interrompue par l'assassin galactique Gorr (Christian Bale), qui cherche à détruire les dieux. Pour combattre la menace, Thor demande l'aide de Valkyrie (Tessa Thompson), de Korg (Taika Waititi) et de son ex-petite amie Jane Foster (Natalie Portman), qui manie inexplicablement son marteau magique, Mjolnir, en tant que Thor le puissant. Ensemble, ils se lancent dans une aventure cosmique palpitante pour percer le mystère de la vengeance de Gorr et l'arrêter avant qu'il ne soit trop tard.