Hai năm sau trận Sokovia, Thor đang trên đường đi tìm những viên đá vô cực nhưng không có chút manh mối nào, và bị con quỷ lửa Sultur bắt giữ ở Muspelheim. Sultur hé lộ rằng Odin đã không còn ở Asgard nữa và ngày tận thế Ragnarok của Asgard sắp diễn ra như lời sấm truyền khi hắn đưa vương miện của mình vào Ngọn lửa vĩnh hằng trong hầm của Odin. Thor đánh bại Sultur và cho rằng đã ngăn chặn được Ragnarok.

Thor trở lại Asgard thì mới biết tin Heimdall mất tích và nhận ra Loki đang giả làm Odin để trị vì nơi đây. Thor bắt Loki trở về Trái Đất để tìm cha mình. Nhờ sự giúp đỡ của Doctor Strange, họ tìm được Odin ở Na-uy, lúc bấy giờ ông đang hấp hối. Odin giải thích rằng Ragnarok nhất định sẽ xảy ra và nếu mình chết, Hela, đứa con đầu lòng của mình sẽ được thả tự do. Hela từng là tướng quân của quân đội Asgard, giúp Odin chiếm lĩnh Cửu giới, nhưng ông thấy được tham vọng và sức mạnh quá lớn của Hela nên đó cô ta bị giam cầm và xóa khỏi sử sách. Ngay khi Odin mất, Hela được giải phóng. Cô ta dễ dàng hủy diệt búa Mjonir, đuổi theo Thor và Loki khi họ đang cố chạy trốn bằng cầu Bifröst và đánh họ bay ra ngoài không gian. Hela đến được Asgard và tàn sát quân đội Asgard, hồi sinh quân đoàn chết và con sói nuôi Fenris; đưa Skurge lên làm đao phủ. Cô ta muốn dùng cây cầu Bifröst để mở rộng đế chế của mình, nhưng Heimdail đã mang cây kiếm điều khiển theo và trốn đi cùng những người Asgard khác.

Thor bị trôi dạt đến hành tinh rác Sakaar bao quanh bởi nhiều lỗ giun. Anh ta bị bắt bởi thợ săn tiền thưởng Scrapper 412, và được đưa đến chỗ của Grandmaster để trở thành một đấu sĩ mua vui cho hắn, người mà Loki đã làm quen trước. Thor cũng nhận ra 412 là một Valkyrie huyền thoại. Thor buộc phải tham gia Trận đấu của những quán quân, đối đầu với người đồng đội cũ, Hulk. Sau bất lợi ban đầu, Thor đã nhận ra và sử dụng sức mạnh sấm sét của mình để lật ngược tình thế, nhưng Grandmaster không muốn thua mà giở trò gian lận, cho Hulk là kẻ thắng cuộc. Vẫn bị giam ở Sakaar, Thor thuyết phục Hulk và 412 giúp anh ấy cứu Asgard, cả hai đều không chấp thuận. Thor trốn được khỏi cung điện, và tìm thấy chiếc Quinjet đã đưa Hulk đến đây. Hulk lần theo Thor, nghe được đoạn ghi âm giọng nói của Natasha Romanoff, làm cho anh ấy trở về dạng Bruce Banner lần đầu tiên kể từ trận Sokovia.

Grandmaster lệnh cho 412 và Loki tìm Thor và Hulk, Loki làm cho cô nhớ lại về cái chết của các đồng đội Valkyrie khác khi chiến đấu với Hela. Thay đổi ý định giúp Thor, cô bắt giữ Loki để tỏ thiện chí của mình. Không muốn ở lại, Loki cung cấp cho nhóm một chiếc phi thuyền của Grandmaster đê trốn thoát, nhưng bị Thor bắt bài khi định phản bội và bị Thor bỏ lại Sakaar. Trong khi đó, Korg và Miek xui các các tù binh nổi dậy và thoát khỏi kiếp nô lệ, được dẫn dăt bởi Loki. Thor, Banner, và 412 đến Asgard trong khi Hela đang tấn công Heimdail. Banner biến trở lại thành Hulk và đánh bại con sói Fenris, Thor và 412 đấu với đoàn quân chết và Skurge.

Loki cùng quân nổi dậy đến kịp thời để giúp đỡ người dân Asgard, đưa họ lên con tàu to hơn của họ. Skurge phản bội Hela và hi sinh. Thor, đối đầu Hela, bị chém mù mắt phải rồi nhận được một ảo ảnh của Odin giải thích rằng: Asgard không phải nơi ở mà con người, và Mjonir chỉ là công cụ để Thor rèn luyện đến khi sử dụng thành thạo sức mạnh của chính anh, nay đã vượt qua bố mình. Hela bị đánh lạc hướng, Loki tìm đến vương miện của Sultur đặt vào ngọn lửa vĩnh hằng. Sultur hồi sinh và hủy diệt Asgard cùng với Hela. Asgard bị phá hủy khiến hắn chết theo.

Thor cùng với người dân Asgard di tản khỏi Asgard, giờ đã là vua, anh ấy đưa người dân về Trái Đất để xây dựng một Asgard mới theo hàm ý của Odin. Trong phần mid-credit, tàu của Thor bị chặn lại bởi một con tàu lớn hơn khi chưa kịp tấp vào Trái Đất. Trong đoạn post-credit, Grandmaster bị những thần dân nổi dậy vây quanh.