因儿时与母亲失散，少年比利（亚瑟·安其 Asher Angel 饰）辗转多个家庭，却执着地要回到妈妈身边。当他再度栖身一个由养子养女的大家庭时，却阴差阳错来到某个未知的领域，并且成为古老巫师的继承人。当他喊出“沙赞”时，便会瞬间变成拥有强壮成年人身体的超级英雄雷霆沙赞（扎克瑞·莱维 Zachary Levi 饰）。比利兴奋不已，和新家的兄弟——患有腿部残疾的弗莱迪（杰克·迪伦·格雷泽 Jack Dylan Grazer 饰）共同分享这份快乐，两人更将展现各种超能力的视频上传网络，流布四方。结果，心怀叵测的赛迪斯·希瓦纳博士（马克·斯特朗 Mark Strong 饰）找上门来。希瓦纳童年时曾与沙赞身份失之交臂，一直不受父亲兄长待见的他将灵魂出卖给七宗罪魔鬼，他更企图摧毁那个让他求之不得又恨之入骨的雷霆沙赞……

纽约大战后，雷神索尔（克里斯·海姆斯沃斯 饰）将弟弟洛基（汤姆·希德勒斯顿 饰）带回仙宫囚禁起来，此外帮助九大国度平定纷争，威名扶摇直上。虽然父王奥丁（安东尼·霍普金斯 饰）劝其及早即位，但索尔念念不忘地球的美丽女孩简·福斯特（娜塔丽·波特曼 饰）。与此同时，简在和黛西及其助手伊安调查某个区域时意外被神秘物质入侵，却也因此重逢索尔，并随其返回仙宫。令人意想不到的是，藏在简体内的物质来自远古的黑暗精灵玛勒基斯（克里斯托弗·埃克莱斯顿 饰）。在“天体汇聚”的时刻再次到来之际，玛勒基斯企图摧毁九大国度，缔造一个全然黑暗的宇宙。藏匿简的仙宫受到重创，而索尔和洛基这对冤家兄弟也不得不联手迎战宿命的强敌……

在“索科维亚战役”两年后，雷神索尔（克里斯·海姆斯沃斯 饰）识破了洛基（汤姆·希德勒斯顿 饰）的伪装，辗转找到了被放逐到地球的奥丁（安东尼·霍普金斯 饰）。然而垂死的奥丁却告知两个儿子，“诸神的黄昏”已经开始，曾遭到奥丁封禁的死亡女神海拉（凯特·布兰切特 饰）即将重返阿斯加德。与海拉的初次对决中，索尔失去了雷神之锤，他和洛基也被打落至混乱不堪的萨卡星。在萨卡的决斗场上，索尔重逢失踪许久的绿巨人，也见到了曾从海拉魔爪下逃得一生的女武神。
历经千辛万苦，索尔和战友们重返阴云密布的阿斯加德，去正视这注定要到来的“诸神的黄昏”……