上世纪40年代，纳粹及其邪恶轴心的战火烧遍世界各个角落。居住在布鲁克林的小个子史蒂夫·罗格斯（克里斯·埃文斯 饰）心系国家，一心上阵杀敌，可是糟糕的体格让他始终被征兵办拒之门外。偶然的机会，在德籍科学家厄斯金博士（斯坦利·图齐 饰）的帮助下，这个小个子男孩得以走入兵营，并接受了博士的试验，化身成为高大健壮、膂力过人的超级战士。与此同时，德国纳粹红骷髅部队的首领约翰·施密特（雨果·维文 饰）依靠超自然的力量建立起一支超级战队，企图称霸全世界。
为了营救好友，史蒂夫以美国队长的形象闯入施密特的军营，正邪两大超级战士的战斗就此展开……

雷神之锤惊现世间。辽阔蛮荒的美国沙漠地带，神盾局特工卡尔森（克拉克·格雷格 Clark Gregg 饰）独自驾车前往雷神之锤的所在地。夜幕降临，他把车停在一家加油站内。加油的同时，他走进便利店挑选商品。就在他为选择而烦恼时，一声怒吼突然传来。两名持枪歹徒闯进便利店，用枪指着美丽的女店员，命令他将钱交出，并质问外面的车是谁的。卡尔森从容露面，他把车钥匙扔了过去，还貌似大脑短路一般交出手枪。
卡尔森按照歹徒指示把手枪滑了过去，而就在此时，意想不到的事情发生了……

理查德博士（尤安•格瑞福德 Ioan Gruffudd 饰）的科学梦想即将实现！他将飞往宇宙风暴的中心，揭开人类基因的密码。同行的还有，项目赞助人冯•杜姆（朱利安•麦克马洪 Julian McMahon 饰）、宇航员本•格林姆（麦克•切克里斯 Michael Chiklis 饰）、博士的前女友苏•斯通（杰西卡•阿尔芭 Jessica Alba 饰）以及她弟弟约翰尼•斯通（克里斯•埃文斯 Chris Evans 饰）。
不料，飞船接近风暴中心时，由于计算错误，导致飞船被宇宙射线所吞没！大难逃生返回地球后，组员们的基因因宇宙射线的影响，发生了变异，他们具有了各个不同的超能力。
理查德、苏、约翰尼和本组成了“神奇四侠”，利用宇宙射线所赋予的超能力去打击黑暗势力、帮助世界。杜姆获得超能力后变身成为了“毁灭钢眼博士”，正在实施他的邪恶计划。神奇四侠出击了！

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……