雷神：爱与雷霆以克里斯蒂安·贝尔（Christian Bale）饰演的反派屠夫戈尔开始，他怀里抱着垂死的女儿跌跌撞撞地穿过沙漠。他拼命地向他的上帝——光明的使者——祈祷来拯救他们，但无济于事。在他的女儿死在他的怀里后，他跟随一个声音，在似乎是通往来世的大门处遇到了他的上帝。当戈尔告诉他他如何将自己的一生奉献给崇拜他时，很快就会发现他的奉献精神被浪费了：他将无法享受永恒的荣耀。躺在地上的死灵之剑召唤了戈尔，他拥有了它的力量，杀死了上帝，成为了屠神者戈尔。

与此同时，托尔在经过与灭霸战斗后重回找回了曾经的自己，现在与银河在护卫队一起环游宇宙。然而，在希芙夫人向他发出求救信号后，他很快就与这群人分道扬镳。事实证明，众神到处都在被杀，托尔着手找出是谁在杀他们——他确切地知道弑神者接下来会去哪里：新阿斯加德。他回到了地球，简·福斯特现在在那里挥舞着雷神之锤。简一直在与癌症作斗争，她的治疗无效。天体物理学家意识到雷神之锤具有治愈能力，于是前往新阿斯加德，在那里她发现自己足以成为强大的雷神。

戈尔率领他的影子怪物大军攻击新阿斯加德，但未能杀死托尔，而是掠走了阿斯加德的孩子并将他们囚禁在阴影领域。托尔与海姆达尔的儿子合作，弄清楚了戈尔的计划，并与女武神瓦尔基里、科尔格和简一起组建了一支众神军队来击败戈尔。在全能之城，宙斯拒绝提供帮助，但确实表明戈尔可能正前往神话般的永恒之地。在那里，他可以许愿，杀死所有的神。这仍然没有使宙斯改变主意，托尔与宙斯战斗，宙斯用闪电箭偷袭Korg，盛怒之下的托尔拿起闪电箭投向宙斯，宙斯中箭从高台摔落，生死未知。而Korg只剩下一个头，众人拿走闪电箭乘船逃走。

在旅途中，简向托尔吐露她快死于癌症，两人重归于好。在暗影界，简很快意识到整个事情是一个陷阱：戈尔希望他们在那里，因为打开永恒的关键是彩虹桥，可以使用雷神的风暴之斧访问。然而为时已晚，戈尔拿走了武器，瓦尔基里和简在交火中都受了重伤。

彩虹桥将三人组送回新阿斯加德，简的情况变得更糟，使用雷神之锤耗尽了她剩余的能量。于是他们决定托尔去对付戈尔，他前往永恒，托尔设法将他的力量传授给阿斯加德的孩子们，让他们和暗影生物作战。然而这不够，单对单索尔不是戈尔的对手，雷神之锤感应到前主人的状况，并向简传递，箭通过彩虹桥来帮助索尔，索尔夺回风暴之斧头交给孩子们，并通过风暴之斧召唤彩虹桥将孩子们传送走，最终简使用雷神之锤包裹住死灵剑并召唤雷霆之力摧毁了戈尔的能量源死灵剑。然而，永恒之门已经完全打开，戈尔通过了……

托尔和简跟着他，他们没有与戈尔战斗，而是为他提供了一个替代方案：你可以许愿让你女儿回来，不用杀死众神。戈尔说到那时我女儿就剩下一个人在这世上了，但简看着托尔告诉戈尔说不会。最终戈尔许愿女儿回来，而简也化成光辉消逝了，戈尔女儿复活后来到戈尔身旁，戈尔嘱咐索尔保护好她，直到索尔点头，戈尔这才安心归去。至此索尔收养了戈尔女儿，两人返回新阿斯加德，瓦尔基里国王和希弗夫人正在那里训练孩子们，科尔格找到了男朋友道恩，托尔和他的养女并肩作战。也许这就是爱与雷霆吧。

结局彩蛋：宙斯还活着，小日子依然过的不错，左拥右抱的那种。还出现一位神秘角色身穿金色铠甲，手持狼牙棒的大力士。