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Il y a bien longtemps, Odin, roi d'Asgard, est descendu sur Terre pour combattre les Géants des glaces de Jotunheim. Après sa victoire, il conclut une trêve, non sans s'emparer du Tesseract, la source de leur pouvoir. Des siècles plus tard, Thor, fils d'Odin, doit hériter du trône. La cérémonie est interrompue par une petite invasion qui inquiète Thor. Contre les ordres de son père, il se rend sur Jotunheim avec son frère Loki.
Odin s'interpose avant que la trêve soit irrémédiablement rompue. Pour le punir, il le prive de ses pouvoirs et l'exile sur Terre. Thor y rencontre alors la belle Jane Foster, une brillante astrophysicienne, et son mentor, le Dr Erik Selvig. Alors que ses pouvoirs semblent perdus pour toujours, Thor est bien obligé de se faire à la vie humaine. Pourtant, cette forme de paix est de courte durée : Loki manigance pour devenir le maître de l'Asgard, quitte à éliminer son frère.
Il envoie pour cela le Destructeur sur Terre. Pour sauver ses nouveaux amis, Thor est prêt à se sacrifier, et retrouve ses pouvoirs. Mais sur Asgard, Loki a ouvert le Bifröst, le pont entre les mondes, afin de détruire Jotunheim, espérant ainsi gagner l'estime de son père. Et pour sauver les Géants, ses ennemis, Thor se sacrifie une nouvelle fois : il détruit de Bifröst, anéantissant ainsi ses chances de revoir Jane un jour...