21世纪初，地球基础科学遭遇了前所未有的危机，众多科学家陷入绝望与疯狂，最终选择自杀。在风暴来临的前夕，一些敏锐的人已然察觉到了毁灭的气息。纳米科学家汪淼（张鲁一 饰）被行事粗鲁的警官史强（于和伟 饰）带到联合作战中心，这才得知科学家们的死亡或许与一个名为“科学边界（ETO）”的组织有关。作战中心希望汪淼打入该组织内部，调查其与死亡科学家以及神秘游戏《三体》之间的联系。汪淼眼前不断跳动的倒计时数字、ETO负责人申玉菲（李小冉 饰）所预言的宇宙闪烁，还有《三体》中不断经历毁灭与重生的文明，都让汪淼和史强感到困惑不已，同时也激发了他们的好奇心。而看似普通的老年科学家叶文洁（陈瑾 饰）的出现，将一切引向了数光年外的未知世界…… 本片改编自刘慈欣的同名科幻小说。