21世紀初，地球基礎科學遭到前所未有的動搖，許多科學家絕望瘋狂，自殺身亡。風暴即將到來的前夕，許多敏感的人們隱隱嗅到毀滅的氣息。

這一天，納米科學家汪淼（張魯一 飾）被粗魯的警官史強（於和偉 飾）請到聯合作戰中心，繼而得知科學家們的死亡似乎和一個名為“科學邊界（ETO）”的組織有關。作戰中心希望汪淼潛入該組織，調查他們與死亡科學家乃至一款神秘遊戲《三體》的關聯。

眼前不斷倒數的數字，ETO負責人申玉菲（李小冉 飾）所預測宇宙閃爍，以及《三體》中那不斷毀滅又重生的文明，都令汪淼和大史深感困惑與好奇。而看似平凡的老年科學家葉文潔（陳瑾 飾），她的出現又將一切引向數光年外的未知…

本片根據劉慈欣同名科幻小說改編。