Un dieu scandinave exilé sur Terre s'éprend d'une belle astrophysicienne. Ses ennemis tentent de l'éliminer. Il reprend le combat auprès de ses amis.
L'astrophysicienne Jane Foster, son patron Erik Selvig et leur stagiaire étudient une tempête quelque part au Nouveau-Mexique. Ils ne se doutaient pas qu'une partie de la mythologie scandinave allait leur tomber sur la tête. Ils découvrent en effet, gisant inanimé sur le sol, le dieu Thor, fils d'Odin...