Thunderheart is een boeiende whodunit gesitueerd in een Sioux-reservaat, waar de Indiaanse bevolking hun specifieke leefregels respecteren en zeker geen nood hebben aan bemoeienissen van buitenaf door FBI'ers of andere blanke overheidsinstanties.

Wanneer er in het reservaat een moord gepleegd wordt die de gemoederen danig verhit, stuurt het FBI-hoofdkwartier de jonge Ray Levoi (Val Kilmer) naar het gebied, omdat hij Siouxbloed in zijn aderen heeft stromen een feit waaraan hij liever niet te veel herinnerd wordt.  toch zal het net zijn  indianenafstamming zijn die hem zal bijstaan tijdens de moeizame ophelderingstocht naar de moordenaar(s).

Zijn overste coach (Sam Shepard) verdenkt de leider van een bende traditionalisten ervan om de hand te hebben in de moord, en hij schuwt dan ook geen gewelddadige represailles om de dader zo snel mogelijk achter slot en grendel te krijgen.

Hij rekent daarvoor op de hardhandige knokploegen van de mysterieuze Jack Milton (Fred Ward), die de nodige razzia's uitvoeren.  Aanvankelijk kiest ook Ray voor de gewelddadige aanpak, maar hoe veder hij in de spiraal van geweld terechtkomt hoe meer hij begint te twijfelen of hij wel de juiste keuze maakt.  Bovendien raakt hij onder de invloed van de met symboliek doordrenkte Sioux-cultuur, waar zijn voorouders ook deel van uitmaakten.

Hij komt in contact met chief Crowhorse (Graham Green uit Dances with Wolves), een gemotoriseerde interne speurneus, die al van in het begin weet dat het niet de rebellerende traditionalisten zijn die verantwoordelijk zijn voor de moord.  Langzaamaan ontstaat een vriendschapsband tussen Ray en Crowhorse, die hem meetroont naar de geheime, ceremoniële Siouxplaatsen waar volgens hem de oplossing van het mysterie zal geopenbaard worden...