Thor und Loki kehren in ihre Heimat Asgard zurück, wo Göttervater Odin darüber entscheidet, wie mit dem adoptierten Prinzen verfahren werden soll. Währenddessen erhebt sich eine andere Macht in einem der 9 Realms. Der Dunkelelf Malekith scharrt eine Armee uralter Wesen und Monster um sich, mit denen er nicht nur Asgard, sondern den ganzen Kosmos bedroht. Der Donnergott trifft in Thor 2: The Dark Kingdom auf seine Angebetete Jane, die von einem Dämon besessen ist, dessen Verbingung mit den Dunkelelfen sehr nahe liegt. Thor muss also nicht nur seine Menschenfreundin retten, sondern auch eine eigene Streitkraft zusammenstellen, mit der er Malekith besiegen kann. Dafür muss er in die düstersten Ecken Asgards vordringen, wobei ihm jedoch nur eine Person helfen kann: Loki.

Die Kaiju, monströse außerirdische Kreaturen, erheben sich aus dem Meer und ziehen in einen Krieg gegen die Menschheit, der Unzählige das Leben kosten und die Reserven der Erde bis in alle Zeit aufbrauchen könnte. Um die Kaiju zu bekämpfen, wird eine spezielle Waffe hergestellt: Gigantische Roboter namens Jaeger, die durch zwei Piloten gesteuert werden, deren Gehirne durch eine neurale Brücke ebenfalls miteinander verknüpft werden. Jedoch scheinen selbst die ausgeklügeltsten Waffen an den übermächtigen Aliens zu scheitern. In ihrer Ratlosigkeit wenden sich die Streitkräfte der Erde an den abgehalfterten Ex-Piloten Raleigh Antrobus und seine unerfahrene Novizin Mako Mori, die ein scheinbar schlecht ausgerüstetes, älteres Modell der Jaeger gegen die Kaiju in den Kampf führen sollen. Die beiden werden zur letzten Hoffnung gegen die übermächtige apokalyptische Gewalt aus dem All.