电影情节发生在《复仇者联盟4：终局之战》之后，主角雷神索尔（由克里斯·海姆斯沃斯饰演）经历了一场前所未有的旅程，意图寻找并重新找回自我。然而，索尔的安静退休生活被一位名叫屠神者格尔（由克里斯蒂安·贝尔饰演）的敌人给打破了。格尔试图毁灭众神，迫使索尔不得不和女武神瓦尔基里（由泰莎·汤普森饰演）以及寇格（由塔伊加·维迪提饰演）再次联手合作。在这一过程中，索尔还惊讶地发现，他已经八年未见的前女友简·福斯特（由娜塔莉·波特曼饰演）竟然获得了雷神之力，并且能够挥舞着以前在他面前被摧毁的雷神之锤。为了揭开格尔复仇的谜团，并阻止他的计划，在时限将至之前，他们一起展开了一场星际冒险。