这本书较前两本《三体》更具科幻色彩，令人脑洞大开。它向读者揭示了宇宙的真相是什么、宇宙的尽头又有什么，这些终极问题在书中你都能一一找到答案。
主人公程心是位有责任感、善良的女孩，大学从航天专业毕业后，进入战略情报局工作，工作内容主要是获取三体世界的信息。他的上司维德是个超级理性的家伙，他经常喊着口号“前进、前进、不折手段的前进”。他的第一个计划就是向三体舰队发射一颗人类大脑，让地球人打入到敌人内部中，阶梯计划孕育而生。而云天明成为了这颗大脑的候选人。
云天明是程心的大学同学，他生性敏感又孤僻，在大学期间对程心心生好感，却一直把这份感情深藏心底。在28岁那年他得了癌症晚期，大学同学胡文来看望他，送来一张300万的信用卡作为感谢他当年的创意，因为这个创意胡文收获人生第一桶金并成为富翁。云天明已是行将就木之人，他要这么多钱有什么用？这时联合国需要更多的资金投入到与三体对抗的地球防御体系中，开始拍卖太阳系外的部分恒星和其所带行星的所有权。看到这则消息，云天明决定匿名送给程心一颗星星。
程心在无意中得知云天明得了癌症晚期，劝说他成为阶梯计划的候选人，在万念俱灰下云天明答应了程心的请求。在云天明的大脑被飞行器送往太空那一刻，维德告诉程心，云天明就是送她星星的人，程心顿时陷入内疚中无法自拔。
程心作为阶梯计划的未来联络员进入冬眠舱冬眠，264年后等她再次醒来时已是威慑纪元。罗辑作为威慑三体人的执剑者已经是位百岁老人。所谓执剑人就是拥有按动引力波按钮向宇宙广播三体星系坐标的权利，这个按钮在暴露三体星系位置的同时也暴露了太阳星系，所以它是同归于尽的按钮。
在与三体人对峙的几十年间，三体向地球输送大量先进技术，地球的科技技术也随之迅猛发展，同时地球的文化也在被三体人吸收，两个星系的文明就这样互通着。从敌对情绪到怜惜之情，人们对三体人的感情也发生了微妙的变化。而罗辑的形象由拯救地球的救世主，变为一个不可理喻的怪物和毁灭世界的暴君。这个世界需要一个新的执剑人。
因联合国需要，程心出让了云天明送给她那颗星星的行星所有权，保留恒星，而获得了一大笔财富，建立了星环公司。另一方面程心柔美的外表和温婉的性格完全符合人们对新执剑人的要求，最后她已绝对高的得票率成为新一届执剑人。就在她和罗辑交接后的1分钟，水滴立即发动破坏引力波行动。她看着那个能毁灭两个世界的按钮，不忍也没有勇气按下去，最后她放弃了抵抗，将按钮仍在一旁。
地球人能制衡三体人的武器被摧毁了，三体人开始侵略地球。他们将澳大利亚划为地球人的生存地，在1年内地球人必须完成向澳大利亚移民，否则澳大利亚以外区域的人类将被全部消灭。程心也从人们眼中的圣母成为被唾弃的对象。而在太空中两艘太空飞船得知地球被三体侵略的事实，决定触发飞船上的引力波广播三体星系的坐标。当三体发现这一情况后，迅速从地球撤离，被广播后的地球已经没有侵略的价值，地球和三体成为了宇宙黑暗森林中被打击的对象。
6年后三体被一粒光子击中彻底毁灭。当初阶梯计划中被送上太空的大脑被三体第一舰队截获，云天明肉身被重塑，与三体人生活在一起。幸存下的三体人开始流亡到宇宙中，寻找适合生存的星系。至此三体和地球纠缠了三个世纪的恩恩怨怨就此结束。云天明提出在拉格朗日和程心见面对话。他们会面的对话内容被三体人严格监控，云天明只能通过给程心讲三个童话故事中给其暗示，两人并约定下次在云天明送她的那颗星星上见面。
等程心回到地球，联合国组织专家对云天明的三个童话故事进行解读，从中解读出能够避免地球被毁灭的三个方法。一掩体计划，当太阳被光子打击时以大行星为掩体，躲在其后可以避免被击中。计划在木星、土星、冥王星背面建造多个太空城，适宜人类居住；二光速飞船，利用曲率驱动将飞船的速度提升至光速，用于星际逃亡；三黑域计划，将太阳系转化为地光速黑洞发布宇宙安全声明，在里面计算机只能以极低的速度运行，这意味着人类会退回到低技术社会。政府大众群体更倾向于掩体计划，黑域计划在技术上难度较高，而光速飞船有着逃亡主义的危险性，在实现上充满障碍和陷阱。
程心将星环公司交付给维德，他将毕生倾注于光速飞船的研究。程心冬眠前只有一个要求，如果研发光速飞船会发生伤害人类的事情，她必须被唤醒，有最后的决策权。维德答应了。当程心被唤醒时，她面临着政府的不支持，与光速飞船需要扩张试验的矛盾，还有自卫队手持的反物质武器与政府殊死一站的信念，她害怕这样的冲突会造成更大的伤亡，这是她不能接受的。她决定听从政府的命令暂停光速飞船的研制。
56年后程心再次从冬眠中被唤醒，太阳系终究没有逃过黑暗森林法则，这次面临的是降维打击，整个太阳系都将从三维降至二维，从而在三维中彻底消失，只有光速飞船才能达到逃逸值，逃出太阳系。当程心坐上地球上唯一一架光速飞船来到与云天明送她的那颗星星时，她遇见了几个世纪前地球飞往太空中幸存的太空人类关一帆的迎接。关一帆告诉程心宇宙也有田园时代，那时候的空间是十维的，可在每一次降维打击中维度就会被降一级，那些高等文明会在降维度前将自己先降一级，这样才可确保自己的幸存，直到宇宙降到零维，宇宙会重启发生大爆炸，再次回到十维的田园时代。
程心终究还是与云天明完美的错过，他将自制的“小宇宙”留给了程心和关一帆，里面的流逝时间很慢，有一套自给自足的生态系统。程心和关一帆开心幸福的生活在里面，直到某天他们收到大宇宙广播，宇宙的总质量减少至临界值以下，将在膨胀中死去，要求归还拿走的质量。程心和关一帆决定将小宇宙归还给大宇宙，他们则坐着飞船飞往宇宙的深处。
程心是本书的关键人物，她的每次决定都关系着人类命运的走向，她一身都活在责任中。作为执剑人最后时刻丢弃按钮，因为不忍心摧毁两个文明，导致地球被侵略；研制光速飞船工作遇到政府的抵制，毅然选择放弃研制，因为不希望无辜生命被摧残，导致太阳系遭到降维打击时只有2人逃离。另一方面人类世界选择了她作为执剑人，就是选择用爱来对待生命和一切。对于光速飞船这件事上，如果说程心的选择耽误了三十多年的研发速度，地球毁灭了，应该是所有人，包括活着的和逝去的，共同努力的结果。我们又何必将全人类的存亡苛责于程心一弱女子身上呢？毕竟谁都不知道当初的选择会造就最后的结局。
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