在距离太阳系四光年的另一个星球上存在着智慧的生命，他们和地球人有很多的共同处，唯在思想表达上与地球人不同。三体人的思想是透明的，脑中所想的可以通过某种媒介直接让对方看到，想即是说。所以他们看不懂地球人的《三国演义》之类的谋略书籍，他们无法理解想法与所说的怎么可以不一致？
另一方面在科学上三体人远远超过地球人，并派出智子将地球的基础物理封死，使得地球上的科学技术无法发生重大突破。同时智子还起到监控作用，它们可以实时监测地球上发生的所有事情，并传输到三体星球上，这就意味着地球人的一举一动都在三体人的监控下进行。
面对着四百五十年后即将抵达地球的三体舰队，地球人不甘心坐以待毙，开始采取一系列保卫手段，方案一就是面壁者计划。既然地球已被智子监控，三体人能看到地球人的任何行动，但他们无法看穿一个人的思想，面壁者计划孕育而生。首先，全球推选出四位面壁者，他们是战略计划的制定者和领导者，拥有最高的权利，可以调度全球最多的资源，并且无需对所作行为做任何解释，只需将计划储存于自己内心即可。这种方式通过各种战略迷惑对方，使得在这场战争中地球人能取得胜利。
第一位面壁者是美国前国防部长泰勒，第二位面壁者是委内瑞拉现任总统雷迪亚兹，第三位面壁者是获诺贝尔奖提名的科学家希恩斯，第四位是大学教授罗辑。与前三位相比罗辑在自己的专业领域中毫无建树，能获此殊荣是因为他是第一个被三体人指明要消灭的人。
最终前三个面壁者的计划都被一一识破，宣告失败。而罗辑开始思考起和三体组织的创始人叶文洁的一次谈话。假设两条不证自明的宇宙社会学的公理，一是生存是文明的第一需求，二是文明不断增长和扩张，但宇宙中的物质总量保持不变。
罗辑苦思冥想了无数个日夜，在一个寒冷刺骨的夜晚他意识到宇宙好比一个黑暗森林，每个文明都是带枪的猎人。因为相互猜疑，每个人都不敢首先暴露自己。而这种猜疑链永远无法消解，在宇宙的黑暗森林里，它会一直延续下去。在文明无法隐藏自己的时候，首先攻击就成了唯一的选择。
为了验证自己的设想，他通过太阳电波放大功能，暴露距离地球50光年的一颗恒星所在位置，而结果将在两百年后揭晓，这段期间罗辑进入冬眠。
方案二地球组建太空舰队，经过两百多年的发展这批太空舰队已经初具规模。地球在经历了大低谷时期后，经济、技术迎来了一波迅猛发展。看着日新月异的社会，精良的太空装备，人们思想上也从战争必败转变为战争必胜的信念。这一切美好的幻象被一颗三体发向地球的探测器打回原形。
一颗外观类似水滴的探测器，在数千万倍的放大镜下观察其外观仍是光洁无瑕，这样的技术是地球无法企及的。也正是这一颗小探测器轻而易举的消灭了地球派出的一千多艘太空飞船，从中逃出来的几艘飞船飞向宇宙，无法再返回地球。为了夺取资源，这些幸存的太空飞船自相残杀，带着掠夺来的能源、零件，飞往宇宙的深处。
罗辑得知那颗被他暴露坐标的恒星在两百年后遭到毁灭，并亲眼目睹了黑暗森林法则在幸存的太空飞船中上演着。最后他赌上身家性命，成功威胁了三体人，若三体人不停止攻击，人类将发布太空广播，同时暴露三体和地球的星系坐标。
三体舰队撤退了，人类文明和三体文明进入了和平对峙状态。人类的历史进入新时代：威慑纪元。可是黑暗森林的恐惧却是这阳光中永远的阴影。
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