Tordenguden Thor er vendt tilbage til Asgard efter at have kæmpet sammen med de andre Avengers-superhelte i New York. Men han får hurtigt nye udfordringer at se til, da en mægtig fjende lurer i kulissen. 

Thor må nu kæmpe for at redde Jorden og alle De Ni Riger fra en oldgammel race ledet af den hævngerrige Malekith, der har planer om at indhylle universet i mørke. 

Hverken Odin eller Asgards krigere kan modstå fjenden, så Thor må tage på sin hidtil mest personlige rejse, som bl.a. genforener ham med Jane Foster, broren Loki og endeligt tvinger ham til at ofre alt for at redde både mennesker og guder. 

Marvels tegneseriehelt Thor, der er baseret på den nordiske mytologis tordengud, vender tilbage i sin tredje film på blot tre år. I 2011 fik han sit første soloeventyr, og sidste år slog han sig sammen med andre superhelte som Iron Man, Captain America og Hulk i The Avengers. 

Chris Hemsworth har igen titelrollen, mens Natalie Portman, Tom Hiddleston og Anthony Hopkins gentager deres roller som Jane, Loki og Odin. Christopher Eccleston, der spillede skurken Destro i G.I. Joe: The Rise of Cobra (2009), har en tilsvarende ondskabsfuld rolle som Malekith, der er hersker over de mørke elvere fra Svartalfheim. 

'Thor: The Dark World' instrueres af Alan Taylor, der allerede er tilknyttet rebootet af 'Terminator' i 2015.