20世纪80年代，一个立下战功的军人吴××接到国家指派的神秘任务：化名曹沧，参与一个中美合作的物理实验。这个实验的目的是尝试进入另外一个空间——异海。

随着中美联合实验在诡秘异海的展开，一系列离奇惊险的状况不断发生，苏联也派遣了核潜艇尾随中美联合科考队进入了异海。三个国家的科考人员，面对诡异的异海，不得不选择合作，却又各怀心事，暗中谋取自己国家的最大利益。当这些科考人员渐渐产生友谊，准备共同完成实验的时候，他们发现，异海已经有人先行一步。更多神秘事件的谜团慢慢浮出水面：末日黎明计划、罗布泊实验、彭加木失踪事件、大西洲和平行世界异海的关系、人类的真正“祖先”……

原来，从异海回到现实的世界才是实验成功的关键，但异海的先遣人员决定留在异海，不把异海交给现实社会。曹沧面临一个选择，是忠于人类的文明延续，还是忠于自己的国家？