ゴアの拠点に向かったソー、ジェーン、ヴァルキリーだったがそこでジェーンはゴアの目的は子供を拉致してソーをおびき寄せ、ソーの持つストームブレイカーの能力を利用して『永久』への道を開くことだったのを知り、ストームブレイカーを遠ざけようとするも失敗。3人はゴアと戦うがヴァルキリーが重傷を負ってしまったため、一時地球に退却をするがその過程でストームブレイカーをゴアに奪われてしまう。

地球に戻ったソーはジェーンが衰弱しているのを目にする。ムジョルニアの能力使用によってジェーンは引き換えに癌への抵抗力を失っていることが調べた結果分かり、これ以上ムジョルニアを使用すると直ぐに死につながることがわかる。子供たちを救うまでは戦い続けることを願うジェーンをソーは生きてほしいと留め、ゼウスから奪ったサンダーボルトの能力を利用して単身で『永久』への道を開こうとするゴアの元に駆け付ける。

拉致されている子供たちを解放したソーは彼らに能力を分け与えるとゴアの作った怪物たちの相手をさせ、サンダーボルトを手にゴアに立ち向かう。ゴアの強靭さに劣勢を強いられるソーだがそこに命を賭して駆けつけたジェーンが現れ加勢に入る。ストームブレイカーを奪還したソーはそれをアクセルに与えて地球に先に帰還させるとジェーンと協力し、ネクロソードを破壊、ゴアに致命傷を与えるが『永久』の扉を開いていたゴアはそこに向かい、ソーも続く。

『永久』の前で力尽きる前に願いを行おうとするゴアの後ろにソーは立っていたが彼の後ろには能力の使用によって力尽きようとしているジェーンもいた。ゴアを倒すことよりソーはジェーンへの愛情から彼女に最後まで寄り添う決断をし、ゴアにその気持ちを語るのだった。ジェーンはソーの腕の中で光の粒となって消滅。それを見たゴアは『永久』に神々の抹殺ではなく、自身の娘ラブの復活を願う。蘇ったラブをソーに託したゴアはその場で息絶えるのだった。

ソーはラブを引き取ると二人で宇宙で人助けを行う活動を始め、その二人が後に「ラブ＆サンダー」と呼ばれるようになったことがコーグより語られる。

物語はジェーンがヴァルハラに召されてヘイムダルに迎えられる一方、ゼウスが神々の強大さを知らしめるためにヘラクレスに指示を出したところで幕を閉じる。
登場人物・キャスト
ソー
演 - クリス・ヘムズワース、日本語吹替 - 三宅健太[3][4]北欧神話の雷神“トール”のモデルであり、アスガルド最強の雷神にしてアベンジャーズのメンバー。サノスとの最終決戦後に、ガーディアンズ・オブ・ギャラクシーと共に宇宙へと旅立った後、見事にシェイプアップしてかつての体と力を取り戻す。宇宙各地で神々が殺されてることを機にガーディアンズと別れ、再びニュー・アスガルドへと戻り、そこでムジョルニアを手にしマイティ・ソーへと覚醒したジェーンと再会する。
幼少期のソー
演 - サシャ・ヘムズワース、トリスタン・ヘムズワース
ジェーン・フォスター / マイティ・ソー
演 - ナタリー・ポートマン、日本語吹替 - 坂本真綾[3][4]ソーの元恋人で、今では超の付く世界に有名になった天体物理学者。明確な描写や言及は無かったが、デシメーションの影響で5年間消滅していたが、アベンジャーズの尽力によって復活した。半年前に受けた検査でステージ4の癌と知り、様々な治療を受けているが効果がない。ふと目に入った北欧神話の本でムジョルニアの力について知りニュー・アスガルドに現れる。すると突然、ムジョルニアからマイティ・ソーとしての力を授かり、ニュー・アスガルドでゴアの襲撃に応戦しているソーの前に再び現れる。
少女時代のジェーン・フォスター
演 - アヴァ・カリョフィリス、日本語吹替 - 岡田日花里[4]
ヴァルキリー（ブリュンヒルデ）
演 - テッサ・トンプソン、日本語吹替 - 沢城みゆき[3][4]北欧神話の楯の乙女“ブリュンヒルド”のモデルであり、アスガルドの女戦士“ヴァルキリー”の最後の一人。サノスとの最終決戦後、ソーからノルウェーにあるニュー・アスガルドの王位を譲られ新国王へと即位した。王としての職務を楽しんではいるが、内心では戦いたいと思っている。ゴアの襲撃を受けて、再びソー達と共に戦いに繰り出す。
コーグ
演 - タイカ・ワイティティ、日本語吹替 - 金谷ヒデユキ[4]全身が岩で構成されたクロナン人でソーの友人。彼もソーと同じく、サノスとの最終決戦後にガーディアンズと共に旅立つ。本作では、語り手としてソーのこれまでの物語を話す役割も担っている。
ゴア（英語版）
演 - クリスチャン・ベール、日本語吹替 - 子安武人[3][4]全ての神々を亡き者にするため、神を殺す力を宿した呪われた剣「ネクロソード」を手に動き出す傷ついた男。各星々で神々を殺し回っていることから、「ゴッド・ブッチャー（神殺し）」の異名を持つ。演じたベールは、2012年の映画『ダークナイト ライジング』以来10年ぶりのスーパーヒーロー映画への出演となった。
ピーター・クイル / スター・ロード
演 - クリス・プラット、日本語吹替 - 山寺宏一[3][4]子供の頃に地球から天界人である父エゴに依頼されたヨンドゥ・ウドンタに誘拐され、ラヴェジャーズによって育てられたガーディアンズ・オブ・ギャラクシーのリーダー。自分と同じように大切な人を喪い、戦いで傷付いたソーにアドバイスを与える。
ドラックス
演 - デイヴ・バウティスタ、日本語吹替 - 楠見尚己[4]ガーディアンズのメンバーであるパワーファイター。
グルート
声 - ヴィン・ディーゼル、日本語吹替 - 遠藤憲一[3][4]ガーディアンズのメンバーである樹木型ヒューマノイド。
ロケット
声 - ブラッドリー・クーパー、日本語吹替 - 加藤浩次[3][4]アライグマをベースにした元賞金稼ぎ兼傭兵。ガーディアンズのメンバーで、武器と武術の達人でもあるエンジニア。
ネビュラ
演 - カレン・ギラン、日本語吹替 - 森夏姫[4]義父のサノスによって殺し屋として育成・サイボーグ化されたガモーラの義妹。その義父との最終決戦後にガーディアンズと共に旅立つ。
マンティス
演 - ポム・クレメンティエフ、日本語吹替 - 秋元才加[3][4]触れた人の心を読んだり感情を操れる共感能力(エンパシー)を持っているガーディアンズのメンバー。