В 1967 году молодая женщина, изучающая астрофизику, оказывается в сложном положении. Её отец, профессор, погиб от рук хунвэйбинов, что делает саму девушку нежелательной фигурой в глазах властей. Несмотря на это, её направляют на работу в засекреченный научный комплекс, расположенный во Внутренней Монголии. Главная задача этого объекта — попытки установить контакт с космическими цивилизациями путём отправки сигналов в глубины Вселенной.
Наши дни, 2024 год. В данных, полученных с ускорителей частиц по всему миру, появляются аномалии. Эти результаты не просто странные — они в прямом противоречии с устоявшимися физическими законами. Параллельно происходит череда тревожных событий: несколько учёных при невыясненных обстоятельствах сводят счёты с жизнью.
Расследованием этих смертей в Лондоне занимается детектив. Его внимание привлекает случай сотрудницы Оксфордского университета, покончившей с собой. Он начинает следить за двумя её ученицами. Первая из них, специалист по нановолокнам, сталкивается с пугающей аномалией — перед её глазами безо всякой причины возникают цифры, ведущие обратный отсчёт.
Вторая ученица поступает иначе. Она навещает мать погибшей учёной и забирает у неё странный предмет — высокотехнологичный шлем виртуальной реальности. Надев его, девушка погружается в видеоигру необычайной сложности. Сюжет игры ставит перед игроком грандиозную цель: спасти целую цивилизацию от неминуемой гибели. Ключ к спасению — решение головоломки, известной как «задача трёх тел», где жизнь на планете зависит от хаотичного движения трёх солнц на её небосводе.