在21世纪初，地球基础科学遭遇前所未有的动荡，众多科学家陷入绝望，甚至选择自杀。风暴来临的前夕，敏感的人们隐隐感受到毁灭的气息。此时，纳米科学家汪淼（张鲁一 饰）被粗鲁的警官史强（于和伟 饰）请到联合作战中心，得知科学家们的死因与一个名为“科学边界（ETO）”的组织有关。作战中心希望汪淼潜入该组织，调查其与死亡科学家以及神秘游戏《三体》的关联。在倒计时的数字和ETO负责人申玉菲（李小冉 饰）所预测的宇宙闪烁中，汪淼与史强陷入了对未知的困惑与好奇。而看似普通的老年科学家叶文洁（陈瑾 饰）的出现，又将一切引向数光年外的神秘世界。本片改编自刘慈欣的同名科幻小说，探索科学与人性的深层冲突。