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。