Astrophysikerin Jane Foster entdeckt eine gefährliche, mysteriöse Substanz. Als diese von ihr Besitz ergreift, macht sich Thor auf, um sie zu retten. Aber auch der diabolische Malekith ist hinter der Substanz her, um mit ihren Kräften das Universum zu unterwerfen. Thor muss sich mit seinem sinistren Adoptivbruder Loki verbünden, um den Bösewichtern zu zeigen, wo der Hammer hängt. Bald aber ist er nicht mehr sicher, auf wessen Seite Loki steht.