Phim nhảy giữa ngược dòng, hồi tưởng và hiện tại. Dưới đây là tình tiết theo thứ tự trước sau.
Trong cuộc Cách mạng Văn hóa, Diệp Văn Khiết, sinh viên tốt nghiệp ngành vật lý học thiên văn của Trường đại học Thanh Hoa, thấy tận mắt cha cô bị Hồng Vệ binh từ Trường trung học Thanh Hoa đánh chết trong phiên phê phán đấu tranh, được cả mẹ lẫn em gái tán thành. Khiết bị vu là kẻ phản bội và phải đi lao động ở Nội Mông. Nơi đây, cô kết bạn với nhà báo chính phủ và cô đồng ý viết giùm y bức thư gửi chính phủ nêu một cách chi tiết các gợi ý chính sách dựa trên quyển *Mùa xuân vắng lặng* mà cô đã đọc. Tuy nhiên, Khiết đã bị nhà báo này phản bội và cô bị khép án tù sau khi bức thư bị chính phủ xem xét là phiến động (phản động). Trong tù, cô được hai nhà vật lý quân sự là Dương Vệ Ninh và Lôi Chính Thành giải thoát. Ninh và Thành làm việc cho Dự án Hồng Ngạn, một chương trình bí mật của quân đội Trung Quốc muốn dùng sóng điện vô tuyến tần số cao làm hỏng các vệ tinh do thám mà cần kiến thức chuyên ngành của Khiết. Cô phát hiện rằng sóng vô tuyến có thể được khuếch đại bằng cách lợi dụng các hốc vi sóng trong mặt trời. Bằng cách này, Khiết đã sử dụng mặt trời như một ăng-ten phát sóng và gửi một thông điệp ra ngoài vũ trụ.
Tám năm sau, trong khi sống một cuộc sống không có tình yêu với người chồng là Ninh, Khiết nhận được tin nhắn từ một người người đến từ hành tinh Tam Thể, cảnh báo rằng cô không nên hồi âm, nếu không thì người Tam Thể sẽ định vị và xâm lược Trái Đất. Người ngoài hành tinh này cũng mô tả môi trường và lịch sử xã hội của thế giới Tam Thể. Nhưng vì bất mãn với sự hỗn loạn chính trị và chán ghét loài người nên Khiết đã bất chấp cảnh báo này và mời họ đến Trái Đất để giúp giải quyết các vấn đề của Trái Đất. Cô giết Ninh và Thành để giữ kín thông điệp của người ngoài hành tinh.
Sau khi Cách mạng Văn hóa đã chấm dứt, Khiết về Trường đại học Thanh Hoa làm giáo sư. Cô gặp Mike Evans, là con trai của Giám đốc điều hành công ty dầu lớn nhất trên thế giới. Mike Evans là một người chủ trương bảo vệ môi trường và các giống loài động vật khác. Thấy Evans cũng hận loài người đang không ngừng tàn phá môi trường, Khiết thổ lộ các bí mật đã xảy ra ở Hồng Ngạn với anh. Evans dùng khối tiền khổng lồ được để lại từ cha của anh ta để thuê người và mua chiếc tàu khổng lồ và sau đó anh biến nó thành một trạm thu phát sóng vô tuyến tần số cao tương tự như cơ sở Hồng Ngạn và giao tiếp với thế giới Tam Thể. Khi nhận được tin từ thế giới Tam Thể và chứng thực câu chuyện của Khiết, Evans thành lập Tổ chức Tam Thể Địa Cầu (ETO) nửa kín nửa mở làm nội gián cho người Tam Thể và chỉ định Khiết làm người cầm đầu. Thế giới Tam Thể cũng báo rằng một hạm đội Tam Thể đã khởi hành và sẽ đến Trái Đất sau 450 nữa. Tổ chức ETO đã kết nạp nhiều nhà khoa học, quan chức cấp thấp và những người có học thức khác làm thành viên, tất cả những người này đều thất vọng với thế giới. Tổ chức ETO xây dựng được đội quân riêng và thậm chí còn chế tạo ra các vũ khí hạt nhân nhỏ. Tuy nhiên Evans vẫn giữ quyền quản lý phần lớn tiền bạc, nhân lực, vật liệu đồng thời che giấu, bóp méo những thông tin đến từ hành tinh Tam Thể. Tổ chức ETO cũng chia thành ba phe phái: phe Đổ Bộ do Evans lãnh đạo, muốn người Tam Thể tiêu diệt hoàn nhân loại; phe Cứu Thế thế do Thân Ngọc Phi lãnh đạo, muốn giúp người Tam Thể tìm lời giải cho Bài toán ba vật thể, giúp hành tinh này tránh được khí hậu nóng lạnh khắc nghiệt do 3 mặt trời tạo ra; phe Sống sót, họ hy vọng hậu duệ của loài người sau khi chiến bại có thể sống sót và chung sống với người Tam Thể.
Hiện tại, Uông Diễu là giáo sư công nghệ nano được mời hợp tác cùng Sử Cường là tay thám tử xảo quyệt để điều tra cái chết đáng ngờ của vài nhà khoa học. Họ nhận thấy rằng chính phủ của các nước đang liên lạc chặt chẽ với nhau và đã tạm gác hiềm khích để chuẩn bị cho chiến tranh. Những ngày sau đó, Diễu trải qua những ảo giác quái lạ. Ông thấy mọi người đều chơi trò chơi điện tử thực tế ảo tinh vi tên là *Tam Thể* — do ETO tạo ra làm công cụ tuyển mộ - mà bản thân ông cũng bắt đầu chơi. Tam Thể mô tả hành tinh có khí hậu biến đổi ngẫu nhiên giữa các kỷ nguyên Hằng định và kỷ nguyên Hỗn loạn. Vào mỗi kỷ nguyên Hỗn loạn, thời tiết thay đổi khó lường giữa cực lạnh và cực nóng, có lúc trong chỉ trong vài phút. Những người ở hành tinh này cố tìm cách dự đoán thời điểm xảy ra của những kỷ nguyên Hỗn loạn để có thể thích nghi tốt hơn. Khác với con người, chúng có khả năng đặc biệt là tự thoát nước thành những cái xác khô để tránh thời loạn và nếu cần, người khác sẽ giúp chúng tái cấp nước để chúng có lấy lại thân mình. Các nhân vật giống Aristotle, Mặc Tử, Newton và những người khác đều cố dự đoán khí hậu và đều thất bại trong lúc nhiều nền văn minh nổi dậy và đều bị đại họa xóa sổ. Diễu được hoan nghênh vì đã chỉ ra nguyên nhân của việc khí hậu thay đổi đột ngột: (1) Hành tinh Tam Thể có ba mặt trời, (2) các mặt trời có cấu tạo khác nhau và khi chúng ở rất xa hành tinh mặt trời được trông thấy như một ngôi sao bay, (3) kỷ nguyên Hằng định xảy ra khi hai trong ba mặt trời phải ở một khoảng cách đủ xa và hành tinh xoay quanh mặt trời còn lại, (4) kỷ nguyên Hỗn loạn xảy ra khi hành tinh bị tác động bởi lực hấp dẫn của nhiều hơn một mặt trời, (5) những cơn bảo lửa xuất hiện khi hai hoặc ba mặt trời rất gần hành tinh, (6) trông thấy ba ngôi sao bay cũng đồng nghĩa với ba mặt trời đã bay rất xa hành tinh và do đó khí hậu sẽ cực lạnh, (7) nếu ba mặt trời nằm ở vị trí thẳng hàng về một phía so với hành tinh thì hành tinh sẽ bị lực hấp dẫn kéo về phía mặt trời gần nhất. Trò chơi cho thấy người Tam Thể xây dựng những phi thuyền và khởi hành xâm lược Trái Đất. Họ tin rằng quỹ đạo ổn định ở Trái đất sẽ mang đến sự thịnh vượng chưa từng có đến đây và sẽ giúp họ thoát khỏi sự huỷ diệt đang xảy ra trên hành tinh Tam Thể.
Diễu được kết nạp vào ETO ông đã bí mật thông báo cho Sử Cường một cuộc họp sắp diễn ra của ETO, tại đây xảy ra cuộc đụng độ giữa Quân đội Giải phóng Nhân dân và ETO, tại đây Khiết bị bắt giữ. Sau đó, quân đội Trung Quốc và Mỹ hợp tác dưới sự chỉ huy của đại tá Stanton đã phục kích tàu của Evans ở khi chiếc tàu này đi qua kênh đào Panama. Để ngăn thuyền viên phá huỷ các cuộc đối thoại với người Tam Thể, Sử Cường gợi ý dùng dây tóc bằng vật liệu nano của Diễu để tạo hàng rào chắn ngang kênh đào và nhanh chóng cắt chiếc tàu thành nhiếu lát và giết tất cả mọi người trên tàu, riêng dữ liệu lưu trữ và máy tính bị cắt có thể được khôi phục sau này. Bằng những dữ liệu thu được, nhiều sự thật đã được phơi bày. Người Tam Thể có nền khoa học công nghệ cực kỳ chuyên sâu giúp họ tạo ra những siêu máy tính 11 chiều mà họ gọi là các Hạt trí tuệ. Khi những Hạt trí tuệ này khai triển ở trạng thái 3 chiều thì thể tích của chúng chỉ tương đương bằng một proton của nguyên tử. Hai trong số những Hạt trí tuệ này được gửi đến Trái đất để gây ra những áo giác và làm gián điệp ở mọi nơi trên Trái đất và cũng làm nhiễu loạn thông tin trong các máy gia tốc hạt ở Trái đất. Người Tam Thể sợ rằng nhân loại có thể phát triển công nghệ cao để chống lại cuộc xâm lược, do đó họ đã âm mưu gửi những Hạt trí tuệ này để gây nhiễu loạn các máy gia tốc hạt của ở Trái đất, khoá cứng nền khoa học mũi nhọn này trong khi Hạm đội của họ đang trên đường tiến đến Trái đất. Khi đến Trái đất, các Hạt trí tuệ đã ra sức tạo ra những ảo giác trong các thực nghiệm khoa học của loài người, làm sai lệch đi kết quả và khiến loài người trở nên hoài nghi khoa học. Khi mưu kế bị bại lộ, thông qua các Hạt trí tuệ này, người Tam Thể đã gửi một thông điệp đến đến Quân đội Giải phóng Nhân dân: "Chúng mày là sâu bọ!" và cắt mọi liên lạc.
Khiết hiện đang bị giam giữ, cô được phép đến thăm căn cứ Hồng Ngạn và suy ngẫm về những lựa chọn trong quá khứ của cô. Đứng ở căn cứ Hồng Ngạn nhìn mặt trời dần khuất, cô ấy tự nhủ rằng kể từ đây nhân loại bắt đầu bước sang một trang mới. Sử Cường tìm thấy Diễu và các đồng nghiệp của đang đắm chìm trong rượu và chán nãn, anh đã thức tỉnh họ bằng cách chở họ về ngôi làng quê hương của anh ta ở Đông Bắc Trung Quốc. Tại đây, Sử Cường đã nói rằng, bất chấp con người tiêu diệt bằng mọi cách, những con châu chấu với đầu óc đơn giản vẫn cứ tiếp tục sống và sinh sôi. Với sự bừng tỉnh cùng với những hy vọng mới, Cường và Diễu trở lại Bắc Kinh góp tay vào kế hoạch chống lại quân xâm lược của người Tam Thể.
