上世纪六、七十年代，美、苏两大阵营持续冷战，除了常规的军备竞赛，各国还在想方设法向太空寻求外援，于是纷纷向太空发射电磁波，邀请外星人。当时中国正处于文革时期，也在悄悄寻找外星人。
由于宇宙中有很多电磁干扰，电磁波发送的距离有限，所以迟迟没有收到外星人的回复。
有一天，一个负责该项目的中国姑娘（天文学家），无意中发现太阳能够放大电磁波信号，于是她把发送给外星人的电磁波发到太阳，由太阳放大再反射到宇宙中。但这只是一个尝试，发射后还是一直收不到回音，渐渐的就忘记了。
直到八年后的一天，这个中国姑娘突然收到了一串无线电波，经过解码破译，发现是外星人发给地球的回信。
信中提到，他们的星球距离地球4光年（电磁波来回需要8年），他们很发达，飞船的平均速度能达到光速的百分之一，飞船到达地球只需要400年。他们现在很惨，因为他们有三个太阳（所以称三体），这三个太阳无规律运行，即将要连成一串了，当三个太阳连成一串，由于引力作用，就会把他们居住的星球扯个粉碎，所以他们正在寻找另一个宜居星球，准备搬家。
这个给地球回信的三体人是个和平主义者，它不忍心侵占别人的星球，所以在回信的最后警告地球人：不要回答(不要发送电磁波信息)，一回答你们星球就会被定位，将会被我们侵占！
然而，令人意想不到的是，这个中国姑娘故意回复信息，她回信说，地球人太坏了，不断地战争，不断破坏环境，无药可救了，需要你们来教训教训我们！你们快来吧！
这姑娘为什么这么做呢？
因为她爸是个大科学家，在文革中被折磨死了，老妈改嫁了，她自己也被停止了科研工作，发配到东北林场干苦力了，差点被迫害而死。后来由于国家要找外星人，需要天文学家，所以把她调到一个秘密基地工作，参加寻找外星人的工作。虽然她已摆脱了困顿和迫害，但仇恨一直深埋在心中，外星人的回信让她找到了发泄仇恨的出口，所以故意向三体世界发送电磁波，暴露地球的位置，报复全人类！
这个姑娘后来与其他志同道合之人成立一个世界学术组织叫“科学边界”，这个组织与三体人保持着联系。
三体人要航行四百年才能到达地球，而在此期间，地球人一定会全力以赴发展科技，来阻止未来三体人的登陆。这么看来，三体人不是去移民，而是去送死啊！所以，三体人必须立刻阻止地球的科学发展。
他们同时通过三个方式来抑制地球科学：
1.与“科学边界”组织合作，散布科学发展导致环境污染的信息，使人类对科技反感。
2.与“科学边界”组织合作，宣传“农场理论”歪理邪说，一个农场，鸡舍的顶部安装有定时饲料投放器，每天固定时间便会自动投放饲料，时间一久，鸡群里一些比较聪明的鸡就会发现这个规律，并认定这是宇宙定律！同样，人类也只是外星高级文明圈养的动物，人类所发现的科学，其实只是“主人”的某种行为，人类接触不到真正的科学……以此来给科学家洗脑，放弃科学研究。
3.光洗脑还不够，必须有实质性的东西，科学家才相信。所以三体人发送了两个所谓的智能“质子”到地球，相当于一个可随时微缩和展开放大的超级计算机，在全球制造各种科学无法解释的“神迹”，扮演神的角色，打垮地球科学家的认知，促使他们崩溃而自杀。比如， “质子”可以悄悄干扰科学家的实验过程，提前得到实验结果的数据，这样一来，实验还没有结束，“科学边界”就提前公开了数据，准确无误！科学家懵了，太邪乎了，无法接受这个现实而自杀。（此书就是以全球各地科学家纷纷“自杀”的案件为主线索来开展剧情的）
由于“质子”干扰科学实验，人类的科技就始终无法取得突破，止步不前。从而实现压制人类科学的目的。
其实，本书更像是一部刑侦剧，现实的时间背景设定在2007年。剧情围绕着科学家为什么自杀而展开，主要纠缠的对象就是“科学边界”的两个成员，偶尔穿插一些文革时期的回忆。而所有的真相，都是在最后那中国姑娘讲述的。