《三体》系列讲述的是地球与三体世界两个文明之间的历史与交集，以及整个宇宙的结局。
首先说明一下三体指物理学上的三个太阳组成的恒星系，它们之间引力相互作用错综复杂，距离忽远忽近。这导致它们的行星，也就是三体世界处于水深火热之中，文明发展断断续续。
地球往事
此时地球世界的中国正处于文革年代，第一部女主角叶文洁的父亲被迫害致死，叶文洁本人也受到诬陷。所幸其所学专业为天体物理学，和某项国防项目相关，由此捡回一条命进入红岸基地。
红岸基地有一个巨大的发射天线，名义上是为了大功率激光武器研发，但其真正目的其实是通过大功率无线电波寻找外星人。
叶文洁通过太阳的电波放大效应向宇宙发送了信息，8年后收到了三体世界的回复，内容为“不要回答，不要回答，不要回答”。这是一个善良的三体监听员发来的。
只要不回答，地球之于三体世界就只是一个大概的方向而已，无法确定距离。但一旦回复就会被定位下来，三体世界遭受着苦难，正想要进行星际殖民，一旦回复地球将会被占领。
但叶文洁由于自身的种种经历已经对人类世界绝望了，于是发出了回复，希望借助三体人改造地球。为此她甚至趁在悬崖上检修设备时锯断绳索，杀害了知道了通讯秘密的基地政委，但也使自己的丈夫杨卫宁不幸坠亡。
后来文革结束了，叶文洁生下了遗腹女杨冬。改开后回到母校清华任教直至退休。
时间来到21世纪初，知名学术组织“科学边界”的成员接连自杀。研究纳米材料的汪淼博士受军方委托进入调查。紧接着他便遇到了第二件怪事—幽灵倒计时。
汪淼眼前出现了一组神秘的倒计时数字，无论怎样都无法去除。在拜访了科学边界成员物理学家申玉菲以及见到了宇宙背景辐射下的倒计时后，汪淼确信有一股超自然的力量限制着人类科学。
汪淼发现申玉菲沉迷于一款VR三体游戏，于是也进入了游戏中调查，汪淼前后五次进入三体游戏世界。
通过三体游戏汪淼了解了三体世界因三个太阳引力不平衡而遭受的苦难。随着在游戏中的优秀表现，汪淼被开发者邀请参加线下聚会。
在聚会中汪淼震惊的发现这群人的精神领袖竟是叶文洁。而本作关键人物警察史强也做好了准备，在聚会时冲入会场逮捕了众多与会成员。
经过审问披露了更多有关三体世界的信息。原来叶文洁回清华任教后，在一次外出考察时认识了伊文斯。伊文斯是个美国富商的儿子。
因对人类肆意破坏环境感到痛心，一直坚持在荒漠植树造林保护病危动物。叶文洁告诉了伊文斯关于三体通讯的事。
两人一拍即合，均认为人类已无法靠自身的力量改变世界。于是伊文斯在回美国继承了父亲上百亿美元的石油公司后和叶文洁一起创立了地球三体组织(ETO)。旨在借助外星高级文明改造人类社会。
但随着规模的扩大，地球三体组织中逐渐分为三个派别。因仇视人类而希望让三体人灭绝人类的降临派，希望找到三体问题解决方案的拯救派，以及靠出卖同胞为三体世界做事的幸存派。
这三个派别的理念均与叶文洁当初希望借助外星文明改造人类的梦想不符合，但叶文洁在组织中却无法弥合这裂痕。
ETO中目前降临派占主导地位，其由伊文斯领导。伊文斯凭借其财力建造了审判日好轮船，并在巨轮上配备的大功率调查表发射器垄断了和三体世界的通讯。
由于在最后一次进入三体游戏时，汪淼看到了正在启程入侵地球的三体舰队。于是为了获取更多关于三体世界的信息。
多国军方联手在巴拿马运河上组织力针对审判日号的古筝行动。运用汪淼研究的纳米飞刃，成功切割掉了审判日及包括伊文斯在内的所有船员，完好地获取了28G的三体通讯信息。
经过解密，人们发现了三体世界更大的秘密。原来三体人的舰队到达地球要450年左右，这段时间为了防止地球科技的发展。
三体人发首先送了两颗智子来地球。智子是将原子核中质子二维展开后在上面刻蚀电路，再重新卷曲为11维状态微粒的微型计算机。
智子可以以光速飞行，且两颗智子直接可以通过超距作用实时通讯。微观的智子可以干扰人类基础物理粒子对撞实验，锁死人类科技。也作用于人类视网膜。
这便解释了幽灵倒计时和许多科学家因对物理学绝望而自杀的原因。至此人类社会陷入恐慌，三体危机爆发。