
在近未來,科學家們觀測到一場全球性變暗事件,該事件與一條從太陽延伸至金星的明亮光帶同時出現。變暗以指數級速度進行,預示著30年內將導致災難性的冰河時期。世界各國政府協調合作,任命前歐洲太空總署局長艾娃施特拉特擁有不受限制的權力及法律豁免權,以解決該問題。發射了一個探測器前往金星,發現該光帶包含外星微生物。
施特拉特任命雷蘭葛雷士,一名初中教師及前分子生物學家,研究從金星回收的有機體樣本。他發現這種單細胞有機體消耗電磁輻射並利用輻射能移動,將其命名為「光噬菌」。葛雷士還發現光噬菌通過吸收太陽熱量及金星大氣中的二氧化碳繁殖。其他科學家發現光噬菌可被大規模培養用作火箭燃料。
天文數據揭示,光噬菌已感染並使附近的恆星變暗,但某顆恆星,鯨魚座τ星,抵抗住了感染。一艘以光噬菌為燃料的星際飛船「聖母號」被建造,前往鯨魚座τ星並獲取有關光噬菌抵抗性的資訊。僅有時間繁殖足夠的光噬菌供單程旅行,船員們被指派利用無人微型飛船,稱為「金龜」,將研究成果帶回地球。葛雷士訓練了任務的科學專家,但他們在發射前不久遭遇事故身亡。由於沒有時間訓練技能相當的替代人員,施特拉特強迫葛雷士加入該任務。葛雷士威脅進行破壞,故在發射前對他注射了鎮靜劑,並在他醒來前不久設置注射臨時失憶藥物。
多年後,雷蘭葛雷士從「聖母號」飛船上的昏迷中醒來,沒有關於其身份或處境的記憶。葛雷士發現他的船員已經死亡,並為他們進行了太空葬禮。「聖母號」抵達鯨魚座τ星後,一艘外星飛船靠近,葛雷士將其命名為「信號A」。該飛船表明其母星系也受到光噬菌感染的困擾。「信號A」與「聖母號」對接,兩艘飛船建立了第一次接觸。葛雷士開發了一套與該蜘蛛狀、五條腿外星人溝通的系統,葛雷士將其命名為「洛奇」。洛奇是一名熟練的工程師,已在鯨魚座τ星系停留了46年,是其船員中最後的倖存者。
來自波江座40星系的埃里德人不熟悉相對論概念,大大高估了往返鯨魚座τ星所需的燃料量,葛雷士得知「信號A」擁有足夠的燃料供兩艘飛船返回各自的行星。葛雷士和洛奇在鯨魚座τ星附近發現了光噬菌的母星,洛奇以其伴侶的名字命名,葛雷士命名為「亞得里亞」。發現該行星的大氣層含有一種光噬菌的天然天敵。這種天敵被發現生活在亞得里亞的高層大氣中,迫使葛雷士和洛奇建造了一根由「氙石」製成的10公里長鏈,氙石是一種埃里德星人化合物,具有非凡的拉伸強度和耐熱性。在收集樣本時,發生了一次船體破裂,葛雷士和洛奇冒著生命危險互相營救。從樣本中,發現光噬菌天敵是一種微生物,葛雷士將其命名為「陶莫巴蟲」。
葛雷士和洛奇利用選擇性育種培育出可以在他們各自母星系中生存的陶莫巴蟲。洛奇為「聖母號」加注燃料,隨後他們分道揚鑣。途中,葛雷士發現他不小心將逃逸能力繁殖到了陶莫巴蟲體內,這使得它們可以逃離其氙石容器。儘管葛雷士在「聖母號」上解決了這個問題,他意識到「信號A」幾乎完全由與容器相同的材料製成,這意味著陶莫巴蟲會消耗掉「信號A」的光噬菌燃料,導致洛奇被困。
由於食物供應有限,葛雷士被迫在返回地球和拯救埃里德星人並在對人類有毒的埃里德星上餓死之間做出選擇。葛雷士選擇將「金龜」送回地球,攜帶陶莫巴蟲培養樣本和拯救太陽的指示。他隨後找到了「信號A」並在他們離開三個月後與洛奇重聚。洛奇對此感到非常高興,並指出葛雷士可以通過食用陶莫巴蟲獲得生存機會的可能性。
16年後,葛雷士生活在埃里德星上,該星球是埃里德人的母星,現已擺脫了光噬菌感染。利用人類知識的數字檔案,埃里德星人建立了一個系統,使葛雷士得以在埃里德星上生存,他已成為埃里德年輕人的教師。洛奇告知葛雷士,太陽周圍的光噬菌感染已經消退,這意味著葛雷士的任務獲得了成功。得知人類在地球上倖存下來,葛雷士考慮返回他的母星。