这是一个超能力者和普通人共存的世界，祖国人、火车头、深海、梅芙女王、透明人和玄色隶属于全球最大的超级英雄公司沃特集团，在帮助政府惩奸除恶维护世界和平的同时，他们也以偶像的身份帮助公司赚取了难以计数的利润。休伊是一个平凡的男孩，她的女友死于一场意外，而这场意外的制造者正是火车头。休伊不愿意接受沃特公司潦草的致歉和赔偿，决定替女友报仇。

一个名叫安迪（查理兹·塞隆饰）的战士领导了一个关系紧密的秘密雇佣兵团体，他们具有神秘的不死之身，为了保护凡人世界而战斗了几个世纪。但团队在受雇执行紧急任务时突然暴露了他们不寻常的能力，他们要依靠安迪和新加入的士兵奈尔（琪琪·莱恩饰），帮助团队消除那些不择手段要复制他们的能力并从中获利的人所带来的威胁。

勇敢善战雷神托尔（克里斯•海姆斯沃斯 饰），作为永恒境界阿斯加德的王位继承人，受人敬仰。然而由于一次鲁莽的行动，险些挑起一场古老的战争，因此被父亲天神奥丁（安东尼•霍普金斯 饰）流放到人间。托尔在人间认识了 美丽的女科学家珍•福斯特（娜塔莉•波特曼 饰）和她的工作伙伴，在他们的帮助下，托尔找到了和自己一起被贬的雷神之锤，但此时的雷神之锤并不属于他。此间，托尔的弟弟洛基为了成为阿斯加德的王，居然联合寒冰巨人，企图在永恒境界掀起一场腥风血雨。为了维持永恒之界的法度，托尔的四位朋友也来到人间，他们决定带托尔返回永恒之境。此时，为了阻止雷神重归永恒境界，洛基派出巨人杀死托尔。丧失能力和法战的托尔为了保护无辜的人类与自己的朋友，献出了自己的生命。托尔的死打破了天神的的咒语，托尔复活并重获雷神之力战胜巨人。此时，天神生命危在旦夕，托尔必须与自己的朋友们重返永恒之界，维护那里的法度……