故事需得从头讲起。
往事：二十世纪六十年代中期，整个中国都被卷入一场血雨腥风的政治风暴中。
年轻的女物理学家叶文洁亲眼看到自己敬爱的父亲——一位德高望重的老物理学家——为了坚持真理，不向恶势力屈服，在一次批斗会上被活活打死。她还看到自己的母亲为了保全自己，参与了对父亲的迫害。后来，她被下放到大兴安岭的一个林场当伐木工人。因不满大量林木被毁，她帮助另一人向上级部门写了反映意见的信，却在危机时刻被另一人出卖，她被关押起来。几年后，上层的政治斗争越演越烈。叶文洁突然被提审并被要求在一份材料上签字，签字后她就能获得自由。这份材料竟是她的妹妹(已死于武斗)写的，内容是揭发自己父亲与某位国家领导人的“问题”(牵涉到“两弹”工程)。很显然，有人想利用这份内容不实的材料将那位领导人置于死地。叶文洁坚决拒绝签字，而后被虐待几乎致死。
她从昏迷中醒来，发现自己在一架直升飞机上。原来她曾发表过的一篇学术论文受到重视，科研工作需要她。她被送往二炮一个名为“红岸”的基地参与军工研究项目，条件是，以她目前的身份，她只能终老于基地，再不准离开。她欣然接受。
叶文洁以博学聪慧和兢兢业业的工作精神赢得信任，她甚至还与一位军人组建了家庭。她后来才知道，“红岸”除去参与国家重点军工科技研究和试验以外，还担负着另一项绝密任务，这就是探索太阳系以外的类地行星，寻找也许存在的外星文明。在这个研究领域内，各个国家之间正在暗中较量，好象谁能优先取得成功，谁就占领了地球人类生存的制高点。
这是一项十分枯燥而难有成效的工作。成年累月，叶文洁接受着来自外太空的各种杂乱无章的毫无意义的信号。
忽然有一次，她收到了有规律的类似智慧者编发的一组信号，但因为我们的发射设备功能有限，所发出的回应信号太弱，在浩如烟海的太空中很快就被淹没。此时，叶文洁掌握了一个方法，她发现如果在某一特定时刻对着太阳发射电磁波信号，太阳就能将此信号放大一亿倍转发至宇宙太空的四面八方。但是，在那个人崇拜登峰造极的年代里，对着红太阳发射无线电波被认为是大逆不道，她的试验无法实行。
她决定私自偷着做。她成功地与距离太阳系4.22光年之远的半人马星座中的一颗类地行星互动成功，这就是“三体”世界。但是她万万没有想到，与她联系的外星人(估计是一个有良知的下层工作人员)却警告她，千万不要再回复，这样就会暴露太阳系在宇宙中的位置而使地球文明遭遇灭顶之灾。为了守住这个秘密，叶文洁将两位军人(其中有一位是她的丈夫)害死在基地的悬崖边，而且她制造了事故假象，两个军人被认作是事故中献身的烈士。
斗转星移，世事沧桑。中国走上了改革开放的路，叶文洁也被落实政策，带着自己的遗腹女儿回到北京，在大学教书。因为有了新的试验基地，“红岸”也最终被废弃。
叶文洁在去大西北调研时认识了英国人伊文思。伊文思是个环保主义者，他到中国西北是为了在沙漠上植树，他吃尽苦受尽累种活了一片树林，却被当地人全部砍伐掉，并宣布他的活动属于非法。
个人的遭遇使叶文洁和伊文思对人类的堕落深恶痛绝，就是在这种情况下，叶向伊文思透露了藏在心中的那个秘密，于是，两个人想通过对外星文明的研究拯救地球文明。他们在各国科技精英中网罗人才，形成了一个叫做“三体”的组织。“三体”组织利用现有科技成果设计了“三体”游戏，一方面继续扩大组织，一方面利用这个游戏发动所有成员按已掌握的数据去推演宇宙中真实存在的那个三体文明。他们不仅推演出这个星球在三颗恒星的作用下经历过的多次轮回，而且知道他们的科学技术十分发达，水平远远地超过了地球人。
当人们知道“三体”不仅仅是一个游戏，而且是一个真实的存在时，地球三体组织内部发生了分裂。以伊文思为首的“降临派”主张让三体人到地球来消灭这个充满罪恶的世界;而以叶文洁为首的“拯救派”只希望利用外星的先进科技和发达的文明来改造世界。此外，还有些人把三体文明当作宗教来崇拜，狂热地把他们当成上帝，当成主。
波及全球的三体运动成了一个公开的秘密。联合国将此组织定性为反人类。国际刑警组织成立专门机构应对，各国政府也有限度地暂弃各种明争暗斗，采取合作态度，共同解决面对的危机。
纳米技术专家洪淼得知，叶文洁的独女(也是一位物理学家)重蹈前辙，也自杀了。他们是在得知一些难以承受的真相后，精神崩溃而自裁。
伊文思以救世主自居，他的实力渐渐雄厚。他把他的“红岸”设在一条巨型舰船上，这里有最先进的通讯设备，用于与外星人随时联络，任何人都无法靠近。为了得到他与外星人之间联系的所有资料，国际刑警组织费尽心机。中国警察史强，也就是洪淼的贴身警卫，设计出一条妙计，他用纳米研究的最新成果，制造一张强度极高的大网，网线细到肉眼无法看见。巨网张在伊文思的舰艇开行着的运河上。当舰驶过时，一瞬间，舰身及舰上所有人都被切成几段，伊文思也死了，而所有资料完好无损。
地球三体组织内部两派的斗争白热化，在一次冲突中，“降临派”的自杀袭击者想引爆小型核弹，及时赶到的史强化解了危机，三体组织就此被彻底破获，组织的秘密首脑人物叶文洁当场被捕。
叶文洁在接受审问时坦诚地说出了一切前因后果，但她也看到了警方从伊文思那里搜到的所有资料。这些资料证明地球美好的公元纪年已经结束，地球已处在空前的危机之中。
所有资料无可争辨地展示了一个真实又可怕的图景：半人马星座中的三体世界环境越来越恶化，甚至有灭顶的可能，他们一直在宇宙中寻找适合生存的星球，当他们得知太阳系中有一颗美丽富饶的行星地球时，他们欣喜若狂，开始倾力准备向地球移民。伊文思这伙人类的叛徒向他们提供了有关地球的一切线索，他们已向地球派来了第一支太空舰队，按他们的行进速度，他们将于地球时间四百年后到达。故事开始时洪淼眼前闪烁的字幕，显示的就是三体人到达地球的倒计时。为了控制人类科学技术的发展速度，在伊文思的配合下，他们不择手段。经过多次反复试验，他们把两个质子从十维以上的状态逐步降至二维，并在打开的平面上装进程序，之后再恢复为质子，再以接近光速的速度把它们发往地球，这两个智能质子被称为智子，实际上等于是三体人先行派到地球人类中的奸细，目前人类的一切活动都已被智子掌握，人类却不知其藏身何处。
更惊人的是，三体星球终于在之前不久被三颗恒星毁灭。在毁灭前，他们又派出了第二支太空舰队，以此维持三体文明的延续。所以，现在的三体文明，只存在于太空中两支急速前进的舰队上。
三体星球在毁灭时发给地球人的最后一个词是：虫子。
把地球人当做可以任其捻压的虫子。这个事实彻底击毁了叶文洁等人依靠高度文明的外星人拯救地球的幻想。
由此，开始了两个文明长达数百年的生死对决。
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