La historia retoma después de Thor: Amor y Trueno, con Thor criando a su hija adoptiva, Amor, mientras continúa su viaje como protector cósmico. El Olimpo aún se recupera del encuentro de Thor con Zeus, y los dioses griegos exigen justicia. Hércules, encomendado por Zeus, se embarca en una misión para cazar a Thor y restaurar el honor del Olimpo.

Mientras tanto, surge una nueva amenaza en la forma de Amatsu-Mikaboshi, el Rey del Caos, un antiguo dios de la oscuridad y la destrucción. El Rey del Caos comienza a aniquilar panteones en todo el multiverso, absorbiendo su poder para rehacer la realidad a su imagen. Esto obliga a una alianza incómoda entre Asgard y el Olimpo, donde Thor y Hércules unen fuerzas a regañadientes.

La película presenta batallas épicas, incluyendo un enfrentamiento entre Thor y Hércules en las ruinas de una antigua arena celestial. Su lucha termina con respeto mutuo cuando se dan cuenta de que el Rey del Caos los está manipulando. Juntos, reúnen a dioses de otros panteones, como Bast, Khonshu e incluso los Celestiales, para detener la marcha del Rey del Caos hacia la dominación total.

En el clímax, Thor empuña el Mjolnir y el Rompetormentas junto con la maza encantada de Hércules para canalizar las energías divinas hacia el núcleo del Rey del Caos. Love juega un papel fundamental, utilizando sus nuevas habilidades cósmicas para proteger Asgard.

Posteriormente, Thor y Hércules forjan una tregua entre sus reinos, y Love comienza a entrenar bajo la guía tanto asgardiana como olímpica. La película termina con una críptica pista de una nueva amenaza cósmica, que anticipa el futuro del UCM.