Dua tahun selepas pertempuran Sokovia, (rujuk plot Captain America: Civil War). Thor dipenjarakan oleh Surtur, dan mendedahka bahawa ayah Thor, Odin tidak lama lagi untuk hidup di Asgard. Dia menjelaskan bahawa alam akan segera dimusnahkan melalui Ragnarök. Apabila Surtur menyatukan mahkota Asgard dengan Api Abadi Surtur yang dibakar pada peti besi Odin. Thor membebaskan dirinya dari penjara, mengalahkan Surtur dan mengambil mahkota Asgard, dia mempercayainya bahawa tindakan ini boleh menghalang atau mengelakkan dari terjadinya Ragnarök.

Thor kembali ke Asgard untuk mencari Heimdall dan Loki yang menyamar sebagai Odin. Selepas mendedahkan helah Loki, Thor memaksa dia untuk membantu mencari dimana Odin berada sekarang. Thor meminta bantuan dari Dr. Strange di Bumi untuk mencari Odin di Norway. Odin menerangkan bahawa dia akan mati beberapa detik lagi dan Ragnarök sudah dekat walaupun dia menhetahui usaha Thor untuk menghalangnya. Dia kemudian mendedahkan kelewatannya akan membolehkan anak sulungnya, Hela, untuk melarikan diri dari penjara yang telah dimeterainya dahulu. Hela asalnya adalah ketua panglima pasukan tentera Asgard, berjaya menakluki Sembilan Alam bersama-sama dengan Odin, tetapi Odin memenjarakan setelah ia takut bahawa Hela menjadi terlalu obses untuk menakluk seluruh alam semesta. Odin akhirnya mangkat secara tiba-tiba, Thor dan Loki menyaksikan dengan hati yang pilu. Akhirnya Hela muncul, Thor mula mencampakkan Mjolnir tetapi ia mudah dimusnahkan oleh Hela. Thor segera membuka portal walaupun mereka dikejar. Kedua-dua mereka cuba melarikan diri dengan melalui Jambatan Bifröst, Hela dengan mudah menewaskan Loki dan Thor di jambatan tersebut. Mereka tergelincir dan terperosok ke ruang angkasa lepas yang lain. Hela tiba di Asgard, dia mengalahkan ke semua tentera dan membunuh Volstagg, Hogun dan Fandral. Dia kemudian membangkitkan orang yang telah mati di zaman kuno yang pernah berkhidmat bersamanya dahulu termasuk serigala gergasinya Fenris dengan menggunakan api abadi. Dia juga melantik Skurge sebagai pembantu peribadinya. Hela merancang untuk menggunakan Bifröst untuk memperluaskan empayar Asgard, tetapi Heimdall menyelinap masuk, mengambil pedang yang mengawal Jambatan dan mula menyembunyikan para penduduk Asgardian yang lain.

Thor mengalami kemalangan dan tersesat planet di Sakaar, sebuah planet yang kotor dan dipenuhi oleh sampah sarap. Dengan bantuan Scrapper 142, dia telah melepaskan Thor dari menjadi tebusan dan menjualnya sebagai seorang gladiator kepada pemerintah Sakaar, Grandmaster (adik kepada The Collector). Thor mendapati Scrapper 142 sebagai salah seorang Valkyrie, sebuah pasukan legenda pahlawan wanita yang terbunuh melawan Hela beberapa tahun yang lalu. Thor terpaksa bersaing di ''Grandmaster's Contest of Champions'' untuk membebaskan dirinya sebagai tawanan di Sakaar. Dia terpaksa berhadapan dengan Hulk sahabatnya atas susun atur perlawanan yang telah ditentukan oleh Loki. Thor pada mulanya telah memenangi pertempuran tersebut, tetapi Grandmaster telah menyalahgunakan untuk memastikan kemenangan adalah milik Hulk. Thor dan Hulk dibiatkan hidup berdua di dalam istana yang dikawal rapi, Thor berusaha untuk meyakinkan Hulk dan Scrapper 142 untuk membantu dia menyelamatkan dunia Asgard, tetapi mereka masih tidak bersedia. Beberapa kemudian, dia berjaya melarikan diri dari istana dengan menggunakan Quinjet yang membawa Hulk ke Sakaar. Hulk mengikuti Thor ke Quinjet, di mana rakaman Natasha Romanoff menyebabkannya dia berubah menjadi Bruce Banner selepas 2 tahun perang saudara di Sokovia tamat.

Grandmaster mengarahkan Scrapper 142 dan Loki untuk mencari Thor dan Hulk. Scrapper 142 memutuskan niatnya untuk membantu Thor, dia juga merekrut tawanan Loki untuk sertai pasukannya. Loki pula menyediakan kumpulan dengan cara untuk mencuri salah satu kapal Grandmaster. Mereka kemudian membebaskan gladiator lain yang, yang disesatkan oleh dua orang asing yang bernama Korg dan Miek. Loki sekali lagi cuba untuk mengkhianati saudaranya, tetapi Thor menjangka perkara ini akan berlaku dibelakangnya dan melemahkan Loki menggunakan senjata Scrapper 142. Thor, Banner dan Scrapper 142 melarikan diri menggunakan pesawat Commodore melalui lubang cacing ke Asgard, di mana Hela mengarahkan Skurge menyerang Heimdall dan sebahagian para penduduk Asgard demi mendapatkan pedang yang mengawal Bifröst. Manakala Hela bertarung dengan Thor di dalam istana. Dalam peristiwa ini, mata kanan Thor telah dibutakan. Banner pula bertukar menjadi Hulk sekali lagi, untuk mengalahkan Fenris, manakala Loki dan pasukan gladiatornya tiba untuk membantu pasukan Thor dan menyelamatkan rakyat Asgard. Skurge pula telah berpaling tadah terhadap Hela dengan menyelamatkan rakyat Asgard untuk melarikan diri menggunakan sebuah pesawat pengangkut. Skurge akhirnya dibunuh oleh Hela. Thor mengarahkan Loki untuk mendapatkan mahkota Surtur dan meletakkannya di dalam Api Abadi. Surtur dilahirkan semula dan ditugaskan untuk memusnahkan Asgard melalui proses Ragnarok, peristiwa ini menyebabkan Hela juga terbunuh.

Di dalam kapal angkasa Grandmaster, Thor (kini Raja), menyaksikan kemusnahan Asgard dan memutuskan untuk membawa seluruh penduduknya berpindah ke bumi dan tinggal di Norway. Dalam adegan pertengahan, Thor ditabalkan sebagai raja di dalam kapal angkasa yang besar. Dalam adegan pasca kredit, Grandmaster yang berjaya ditumbangkan akhirnya dihadapkan sebagai tawanan.