Dans le monde d'Asgard, le Roi Odin règne avec sagesse sur son royaume. Une entente maintient la paix avec les Géants du monde glacé de Jotunheim. Les gestes irréfléchis du jeune Thor, pressenti pour prendre la place de son père sur le trône, mettent cependant en péril la paix fragile entre les deux peuples, ce qui pousse son père à le bannir sur Terre. Dépouillé de ses pouvoirs, Thor doit apprendre la véritable valeur d'un roi. Il le fera avec l'aide des scientifiques Jane Watson, Erik Selvig et de leur assistante Darcy Lewis. Pendant ce temps à Asgard, Loki, le demi-frère de Thor, essaie de prendre possession du trône.