三体文明科学力量远超地球，但对自己星球旁的三颗恒星无能为力。所以，为了能继续生存，地球变成为了外星系的占领目标。如果说地球是孵化中的雏鹰，三体便是空中展翅翱翔的雄鹰。
虽然地球与三体相比实力悬殊，却并没有因此而放弃自救，计划动用整个太阳系乃至周围星系的资源。但好景不长，三体文明发射了两颗质子，在距离地球还有几百米的上空停滞，成功阻止了地球上物理学的发展。正当人们一筹莫展之际，一颗启明星给黑暗中的地球带来了一丝希望的光芒。他，就是罗辑。
罗辑以两个文明同归于尽的条件，迫使三体文明停止对地球的侵略，并将他们的先进技术传授与地球。一场危机似乎就此过去。
一转眼，罗辑已两鬓斑白，而新一代的执剑人程心被投票选出继承衣钵。三体文明抓住这个机会，操控水滴摧毁了地球上所有的威慑台，顿时人类失去了依靠，便将最后的希望寄托在了程心身上。
还未等人类从悲痛中回过神来，三体文明已占领了大半个地球。当人们绝望之时，又一轮太阳升起了。“万有引力”号发射引力波，经过太阳这个“宇宙雷达”，暴露了太阳系与三体文明的太空坐标。不久，三体星系便被“光粒”击中恒星，一瞬间，一个星系灰飞烟灭。人类因此而恢复信心，借助于三体毁灭经验，人们在行星、木星、土星以及外围行星上搭建避难所。
三体文明毁灭前，身为科学家却患有绝症的云天明，被派去三体文明的飞船中，成为一名“间谍”。当云天明得知被暴露的地球将面临更高维度的星际打击时，出于对家乡的依恋，他与程心在三体文明的种种监视下见面了，云天明委婉地给程心讲述了三个故事，但人们并没有明白其中蕴藏的含义。其实，云天明是想告诉人们：想要继续生存，只有研究曲率驱动的光速飞船。随后，意外的事情发生了：当人类造好避难所，认为可以存活下去时，一张二维带彻底置太阳系于死地。
程心与艾AA乘着地球上唯一一艘搭载空间曲率驱动引擎的“星环”号飞船离开了太阳系。52小时之后，他们来到编号为DX3906的星球，见到了关一帆。当程心与关一帆参观星球时，不小心进入黑域，意外发现了人造宇宙，并遇见了“智子”。
在小说的最后，为了不让整个宇宙无限膨胀，恢复正常坍缩，人类科学家们归还了小宇宙的质量，回到了“大”宇宙。
