В 1967 году молодая женщина, изучающая астрофизику, оказывается в эпицентре политических бурь. Её отец, профессор, погиб от рук хунвэйбинов, а сама она теперь считается неблагонадёжной. Несмотря на это, её направляют в засекреченный исследовательский комплекс, скрытый в степях Внутренней Монголии. Там группа учёных ведёт титаническую работу — пытается выйти на связь с иными мирами, посылая сигналы в космическую бездну.
Наши дни, 2024 год. Мир науки потрясён. Ускорители частиц в разных странах выдают аномальные данные, ставя под сомнение фундаментальные физические принципы. Параллельно происходит череда странных смертей среди исследователей, внешне похожих на самоубийства. Расследование поручают детективу из Лондона. Он погружается в жизнь Оксфорда, скрупулёзно изучая окружение одной из погибших сотрудниц университета.
Среди её учениц — талантливая разработчица, работающая с нановолокнами. Ей начинают являться навязчивые видения: перед глазами возникают цифры, ведущие обратный отсчёт. Её подруга, также связанная с покойной, поступает иначе. Она забирает у матери умершей странный артефакт — сложный шлем виртуальной реальности. Надев его, девушка попадает в цифровой мир, в видеоигру невероятной сложности. Её цель — предотвратить катастрофу целой цивилизации, балансирующей в хаотичной системе трёх солнц. Чтобы добиться успеха, ей предстоит решить головоломку, известную как задача трёх тел.