Namun, masa pensiunnya terganggu oleh seorang pembunuh galaksi yang dikenal sebagai Gorr sang Dewa Jagal (Christian Bale) , yang ingin memusnahkan para dewa.
Untuk menghadapi ancaman tersebut, Thor meminta bantuan Raja Valkyrie (Tessa Thompson), Korg (Taika Waititi) dan mantan pacarnya, Jane Foster (Natalie Portman).
Akan tetapi, secara mengejutkan Jane Foster yang merupakan mantan kekasih Thor mampu mengendalikan palu ajaib Mjolnir, lalu ia berubah menjadi sosok Mighty Thor untuk menggunakan palu ajaib tersebut.
Mengingat tantangan yang cukup berat, mereka saling bekerja sama mengalahkan Gorr.
Bersama-sama, mereka akan memulai petualangan kosmik yang mengerikan untuk mengungkap misteri pembalasan God Butcher dan menghentikannya sebelum itu terlambat.
Guardians of the Galaxy juga akan tampil di film keempat Thor ini. Chris Pratt sebagai Peter Quill atau Star-Lord, Pom Klementieff sebagai Mantis, Dave Bautista sebagai Drax the Destroyer, Karen Gillan sebagai Nebula, Vin Diesel sebagai Groot, dan Bradley Cooper sebagai Rocket.
Russell Crowe juga akan menjadi cameo sebagai Zeus, raja Olympians, berdasarkan dewa mitologi Yunani dengan nama yang sama.
Penyanyi Jenny Morris dan aktor Simon Russell Beale juga akan muncul dalam peran yang dirahasiakan.