THOR menghadirkan kisah asal-usul dewa petir Marvel dengan Chris Hemsworth sebagai Thor, Natalie Portman sebagai Jane Foster, Tom Hiddleston sebagai Loki, Stellan Skarsgard sebagai Erik Selvig, Kat Dennings sebagai Darcy Lewis, Clark Gregg sebagai Phil Coulson, dan Colm Feore sebagai Laufey.

KLovers diajak kembali ke era peperangan kuno saat Odin, raja Asgard, menghentikan ambisi bangsa Frost Giant dari Jotunheim yang dipimpin Laufey dengan merebut sumber kekuatan mereka, Casket of Ancient Winters.

Bertahun-tahun kemudian, Thor bersiap naik takhta Asgard. Namun ambisinya yang meledak-ledak membuat ia melanggar perintah Odin dengan menyerang Jotunheim setelah para Frost Giant menyusup ke Asgard. Aksi nekat itu berujung perang besar yang memaksa Odin turun tangan.

Sebagai hukuman atas kesombongan putranya, Odin mencabut kekuatan Thor dan mengasingkannya ke Bumi sebagai manusia biasa. Palu Mjolnir ikut dilempar ke Bumi dengan mantra khusus yang hanya bisa diangkat oleh mereka yang benar-benar layak.

Di Bumi, tepatnya di New Mexico, Thor bertemu ilmuwan Jane Foster bersama Darcy Lewis dan Erik Selvig. Thor mencoba mengambil kembali Mjolnir yang kini diamankan S.H.I.E.L.D., tetapi gagal karena ia belum dianggap layak. Di tengah pengasingan itu, Thor mulai belajar tentang kerendahan hati dan jatuh cinta pada Jane.

Sementara itu di Asgard, Loki mengetahui asal-usul kelamnya sebagai anak Laufey yang diadopsi Odin. Rasa iri dan pengkhianatan mendorong Loki merebut takhta saat Odin jatuh ke Odinsleep.

Tak puas hanya berkuasa, Loki mengirim Destroyer ke Bumi untuk membunuh Thor. Dalam pertarungan yang nyaris merenggut nyawanya, Thor rela berkorban demi melindungi orang lain. Pengorbanan itulah yang membuatnya kembali layak. Mjolnir pun kembali ke tangannya, kekuatan Thor pulih, dan ia berhasil menghancurkan Destroyer sebelum kembali ke Asgard untuk menghadapi Loki.