地球上唯一不可阻挡的是时间，它像一把利刃，无声地切开了坚硬和柔软的一切，恒定地向前推进着，没有任何东西能够使它的行径产生丝毫颠簸，它却改变着一切
中国科幻界一直存在的一个硬伤就是想象力不够，而《三体》的出现，弥补了这个缺陷：三体游戏、脱水、冬眠、休眠、纳米武器、光速飞船、水滴、黑洞等，让人目不暇接，惊诧不已，确实让我们享受了一番思想的盛宴。该书代表了目前中国科幻界的最高水平，获得了中国科幻银河奖特别奖，在世界科幻界横空出世，作品一诞生就直接排进世界前五。在整个三部曲中，第一部最有历史感和现实性，是对历史的反思；第二部的完成度最高，结构最完整，线索最清晰，也最华丽好看，是对道德的超越；第三部则把宇宙视野和本质性的思考推向了极致，发展成为对全面的宇宙社会学、宇宙心理学、宇宙生态学的建构。
一开始就是中国军方的人着急找一位纳米科学家汪淼，他便跟着军方的人来到由中美英等国人员组成的联合行动小组。小组会议的目的是劝说汪淼打入科学边界（由国际顶尖学者构成）组织内部，了解该组织的具体情况。在激将法下，汪淼答应加入科学边界。但当喜欢摄影的他照相时，出现了幽灵倒计时，1174:21:11、1174:21:10、1174:21:09、1174:21:08……同样的相机，别人照相时不会在冲洗出的胶片上出现幽灵倒计时，只有他照相时才会出现。一个科学家申玉菲告诉他，如果他停止纳米研究项目，倒计时就会停止，否则就会继续。汪淼没有停止，后来申玉菲告诉他一个网址，进入后可以玩《三体》的网络游戏。汪淼为了解情况，就玩上了游戏。他穿上V装具后，上网进入到三体世界中，分别遇见了周文王、墨子、哥白尼、牛顿、冯·诺伊曼和爱因斯坦等人，经历了不同层次的文明，但这些文明都被毁灭了。该游戏最终的目标是飞向宇宙，寻找新的家园。汪淼在间隔玩《三体》游戏的时候，去找了物理科学家叶文洁。由于叶文洁的父亲在“文革”中被红卫兵批斗而死，她自身又被诬陷而被定为现行反革命。幸亏她在著名杂志上发表过物理理论研究的文章，被红岸基地直接要去搞研究，免除了牢狱之灾。但她心中已对社会、对地球文明彻底丧失了希望，可谓心如死灰。有一天，无聊之中她向太空发出了一条信息，几天以后，她就收到了回信：不要回答！不要回答！不要回答！如果回答，发射源将被定位，你们的行星系将遭到入侵，你们的世界将被占领！她迅速回复了信息：到这里来吧，我将帮助你们获得这个世界，我的文明已无力解决自己的问题，需要你们的力量来介入。后来，她加入了伊文斯在地球组织的三体组织，并成为“地球三体运动”的最高统帅。不过，三体组织的成员在巨轮“审判日”号被地球的联合行动小组用纳米丝杀死。
三体文明确实厉害，通过叶文洁的信息进行定位后，发射大量智子进入地球。智子从六维空间看三维空间，就像我们看二维平面上的一张画，能看到我们的内部。唯一的秘密就是我们每个人的内心世界，只要不与外界交流，每个人对智子都是永恒的秘密。于是，联合国启动了面壁计划。该计划的核心就是选定一批战略计划的制定者和领导者，他们完全依靠自己的思维制定战略计划，不与外界进行任何形式的交流。经过精心挑选，联合国秘书长公布了4位当选的面壁人员：卸任的美国国防部长、战略家泰勒，委内瑞拉现任总统雷迪亚兹，科学家希恩斯，中国普通的研究人员罗辑。泰勒、雷迪亚兹、希恩斯由于有具体的计划，并与外界进行交流，就被三体迅速察觉并破坏。而罗辑住到一个原生态的小别墅中，找了一个叫庄颜的梦中情人，还生了个孩子，度过了悠闲的美好时光。由于他本无计划，可谓是以无招对有招，让三体对他束手无策。后来，他终于想出了他的办法，将187J3X1恒星的位置通过太阳的电波放大功能，伴着咒语发射到宇宙中，看这个恒星是否受到攻击。然后他就冬眠了。
罗辑在冬眠185年后醒来，人类世界已经发生翻天覆地的变化，在地球上，城市地址已变为"×树×枝×叶"。不久，地球就面临着来自三体文明水滴的进攻。在与水滴抗衡之前，章北海就率领“自然选择”号逃亡，他的观点是：“在这场战争中，人类必败。我只是想为地球保存一艘恒星际飞船，为人类文明在宇宙中保留一粒种子、一个希望。”地球派出了“蓝色空间”号等4艘飞船来追它。水滴在太阳系如入无人之境，人类武器对水滴的攻击，如同海浪撞击礁石，不可能对目标造成任何破坏。地球应战的2000艘战舰除了“量子”号和“青铜时代”号最先跑掉了以外，其余全部被水滴撞击毁灭。由于需要在太空中夺取足够的燃料，“蓝色空间”号率先攻击另4艘船。同时，“青铜时代”号对“量子”号发起突然攻击。无际的太空就这样在它黑暗的怀抱中哺育出黑暗的新人类，残酷无比。这时，罗辑的咒语生效了，187J3X1恒星也被消灭。
云天明得了癌症，用他获得的300万元给他大学的同学、梦中情人——程心送了一件特殊的礼物：一颗星星——恒星DX3906。云天明都准备安乐死了，但程心收到礼物后欣赏若狂，想办法找到了云天明，推荐他为“阶梯计划”的使命执行人，通过冬眠舱发送到三体世界。
由于那个恒星系，就是罗辑向宇宙广播了坐标导致其被摧毁，所以他被指控有世界灭绝罪的嫌疑。程心被选为执剑人，替代罗辑。特别巧的是，就当程心接手担任执剑人不久，太空中的水滴就对地球发起了进攻，就在程心犹豫是否要启动引力波宇宙广播系统时，所有的引力波发射台已经被摧毁。智子代表三体世界来到地球，要求人类必须立刻开始向保留地移民。然而，正在三体世界洋洋得意时，“万有引力”号启动了引力波攻击，从四维的角度对水滴进行了伏击，挽救了地球。
程心代表地球和代表三体世界的云天明进行会面，通过云天明讲的国王的新画师的童话故事，悟到了开发光速飞船的道理。此后不久，对太阳系的黑暗森林打击出现，将把太阳系所在空间的维度由三维降至二维，这将彻底毁灭太阳系中的所有生命。幸好程心他们造出了唯一的一艘具备空间曲率驱动引擎的、能够以光速航行的飞船。飞船朝云天明送给程心的星星飞去。程心顺利地到达了那颗星星，但与云天明擦肩而过，云天明又给她送了个小宇宙。这样程心成为647号宇宙真正的主人，可是好景不长，广播信息传来“回归运动”声明：“我们宇宙的总质量减少至临界值以下，宇宙将由封闭转变为开放，宇宙将在永恒的膨胀中死去，所有的生命和记忆都将死去。请归还你们拿走的质量，只把记忆体送往新宇宙。”为了避免宇宙的死去，只有把不同文明制造的大量小宇宙中的物质归还给大宇宙，但如果这样做，小宇宙中将无法生存，小宇宙中的人也只能回归大宇宙，这就是“回归运动”。最后，程心决定归还，只在太空中留下一个漂流瓶：记录了那个文明每一个个体的全部记忆和意识，以及每个个体的全部生物学细节，以至于新宇宙中的文明可以根据这些信息复原那个文明。程心又进入飞船，飞向新的太空……