Abertura: O Cativeiro de Thor
O filme começa com Thor (Chris Hemsworth) prisioneiro em uma caverna de fogo, acorrentado diante do demônio flamejante Surtur. Ele descobre que Asgard está ameaçada pela profecia do Ragnarok, a destruição do reino. Segundo Surtur, o fim dos deuses acontecerá quando sua coroa for colocada na chama eterna de Asgard.
Com seu estilo irreverente e piadista, Thor se liberta, enfrenta o gigante flamejante e arranca sua coroa, acreditando ter impedido o Ragnarok. Ele retorna a Asgard para entregar a coroa ao tesouro real e manter o reino seguro.
A Verdade sobre Odin
Em Asgard, Thor descobre que seu irmão adotivo Loki (Tom Hiddleston) está vivo e disfarçado como Odin (Anthony Hopkins), aproveitando-se da posição de rei. Thor o desmascara e obriga Loki a revelar onde o verdadeiro pai está.
Guiados por Loki, eles encontram Odin na Noruega. Lá, Odin explica que está prestes a morrer e que sua morte permitirá o retorno de sua filha primogênita, Hela (Cate Blanchett), a deusa da morte, que ele havia aprisionado há muito tempo por causa de sua ambição sem limites. Odin então desaparece, deixando os filhos diante da inevitável ameaça.
A Chegada de Hela
Logo após a morte de Odin, surge Hela. Ela demonstra sua força esmagadora, destruindo o Martelo Mjölnir de Thor com uma única mão. Assustados, Thor e Loki tentam fugir para Asgard, mas Hela os segue e os lança para fora do Bifröst, enquanto ela própria invade o reino.
Hela Toma Asgard
Ao chegar em Asgard, Hela derrota facilmente o exército e mata os Três Guerreiros. Ela ressuscita seus antigos seguidores e o gigantesco lobo Fenrir. Declarando-se a nova rainha, Hela revela que foi ela, junto de Odin, quem construiu o império de Asgard, mas que seu pai a rejeitou quando sua ambição se tornou insaciável. Agora, ela planeja conquistar todos os reinos novamente.
O ExÃlio em Sakaar
Enquanto isso, Thor cai em Sakaar, um planeta caótico governado pelo excêntrico Grão-Mestre (Jeff Goldblum). Ele é capturado por uma caçadora chamada ValquÃria (Tessa Thompson), uma ex-guerreira de elite de Asgard que abandonou seu passado.
Thor é levado para lutar na arena de gladiadores do Grão-Mestre e descobre que o campeão invicto é ninguém menos que o Hulk (Mark Ruffalo), que havia desaparecido desde os eventos de Vingadores: Era de Ultron.
O Confronto de Gladiadores
Thor é forçado a enfrentar o Hulk em combate. A luta é brutal, e mesmo sem Mjölnir, Thor desperta seu poder de Deus do Trovão, quase vencendo. Porém, o Grão-Mestre manipula a batalha para garantir a vitória do Hulk.
Depois, Thor tenta convencer o Hulk a ajudá-lo a voltar a Asgard. Com muito esforço, ele descobre que o Hulk permaneceu transformado por dois anos e teme nunca mais voltar a ser Bruce Banner.
A Nova Aliança
Com persistência, Thor consegue conquistar a confiança da ValquÃria, revelando que Hela retornou e que Asgard precisa deles. ValquÃria, marcada por traumas da guerra contra Hela no passado, reluta, mas acaba se juntando a ele.
Banner finalmente retoma o controle de si mesmo, transformando-se de volta em humano. Loki, que também está em Sakaar, tenta manipular os acontecimentos, mas acaba se aliando ao grupo. Juntos, eles formam os Rebeldes de Sakaar, ou como Thor brinca, os Vingadores de Segunda Linha.
A Batalha Final em Asgard
O grupo retorna a Asgard para enfrentar Hela. A batalha é intensa: o povo foge, liderado por Heimdall (Idris Elba), enquanto Thor, ValquÃria, Loki e Hulk lutam contra os exércitos da deusa da morte.
Durante o combate, Thor tem uma visão de Odin, que o faz compreender que o poder de Asgard não vem de um martelo, mas dele próprio. Aceitando seu destino, Thor libera todo o poder do trovão e enfrenta Hela em pé de igualdade.
Porém, ele percebe que não pode derrotá-la diretamente. A única maneira de vencer é libertando o próprio Ragnarok.
O SacrifÃcio e o Verdadeiro Fim
Thor decide usar a coroa de Surtur. Loki a coloca na Chama Eterna, despertando o demônio em sua forma colossal. Surtur destrói Asgard completamente, matando Hela no processo. Thor entende que Asgard não é um lugar, mas sim seu povo.
Assim, os sobreviventes embarcam em uma nave e partem em busca de um novo lar, com Thor assumindo o trono como Rei de Asgard.
Cena Pós-Créditos
Na primeira cena, Thor e Loki conversam sobre levar o povo para a Terra. De repente, a nave deles é interceptada por uma gigantesca nave — a de Thanos, preparando terreno para Vingadores: Guerra Infinita.
Na segunda cena, o Grão-Mestre tenta escapar de sua queda em Sakaar, mantendo o tom cômico.