В 1967 году молодая женщина, изучающая астрофизику, оказывается в эпицентре политических репрессий. Её отец, уважаемый профессор, погибает от рук хунвэйбинов, а сама она, теперь считающаяся неблагонадёжной, получает направление в засекреченный исследовательский комплекс в глубине Внутренней Монголии. Там, в условиях строжайшей изоляции, группа учёных ведёт работу по установлению контакта с иными мирами, отправляя сигналы в космическую бездну.
Наши дни, 2024 год. Мировое научное сообщество потрясено: эксперименты на крупнейших ускорителях частиц дают результаты, не укладывающиеся в существующие физические теории. Параллельно с этим происходит череда странных и необъяснимых смертей среди исследователей. Расследование одной из таких трагедий — самоубийства сотрудницы Оксфорда — поручают детективу из Лондона. Он погружается в её прошлое, уделяя особое внимание двум её ученицам. Одна из них, специалист по нановолокнам, внезапно начинает видеть перед глазами пугающие цифры, ведущие обратный отсчёт. Вторая же, проникнув в дом покойной, находит и забирает странный шлем виртуальной реальности необычной конструкции. Надев его, она оказывается внутри компьютерной симуляции, где от её действий зависит судьба целой цивилизации. Чтобы спасти этот мир от гибели, ей предстоит разгадать головолому трёх солнц, хаотично движущихся вокруг планеты, — знаменитую задачу трёх тел.