O filme encontra Thor (Chris Hemsworth) numa jornada diferente de tudo o que já enfrentou – a procura pela paz interior. Mas, a sua reforma é interrompida por um assassino galáctico conhecido como Gorr, o Carniceiro dos Deuses (Christian Bale), que procura a extinção de todos os deuses.

Para combater a ameaça, Thor pede a ajuda da ‘Rei Valkiria’ (Tessa Thompson), Korg (Taika Waititi) e da ex-namorada Jane Foster (Natalie Portman) como a Poderosa Thor, que – para surpresa de Thor – empunha inexplicavelmente o seu martelo mágico, Mjolnir. Juntos, eles embarcam numa angustiante aventura cósmica para descobrir o mistério da vingança do Carniceiro dos Deuses e detê-lo antes que seja tarde demais.