„Wenn wir die einzigen im Universum sind, ist das eine ziemliche Platzverschwendung.“ – Dieser Satz ihres Vaters prägt die Funkamateurin Ellie Arroway bereits in ihrer Kindheit. Nach dem frühen Tod ihrer Mutter und dem Verlust ihres Vaters, für dessen Tod sich Ellie mitverantwortlich fühlt, wendet sie sich der Wissenschaft zu. Sie versucht, für alles rationale Erklärungen zu finden, so auch bei ihrer Suche nach außerirdischer Intelligenz: Während ihrer Arbeit am Arecibo-Observatorium in Puerto Rico lernt sie beruflich den brillanten blinden Astrophysiker Kent Clark und den Assistenten Fisher, intim den Schriftsteller „Pater“ Palmer Joss näher kennen. Aufgrund des Mangels an vorzeigbaren Erfolgen und der hohen Kosten lässt ihr ehemaliger Mentor Dr. David Drumlin die Finanzmittel für das SETI-Projekt streichen.
Durch die Unterstützung des Großindustriellen S. R. Hadden kann sie ihre Suche in New Mexico mit den gekoppelten Radioteleskopen des Very Large Array fortsetzen und empfängt ein verschlüsseltes Radiosignal vom Stern Wega. Das Signal besteht aus einer Folge von Primzahlen und enthält als Oberwelle nicht nur Fernsehbilder der Eröffnungsrede der Olympischen Sommerspiele 1936, sondern darüber hinaus den Bauplan für eine Maschine, von der vermutet wird, dass sie den Transport eines Menschen zu den Absendern bewerkstelligen kann. Eine Kommission, der auch Palmer Joss angehört, soll einen geeigneten Kandidaten für den Transport ermitteln. Dr. Arroway wird als Repräsentant der Erdbevölkerung abgelehnt, da die Kommission sie als Agnostikerin für nicht geeignet hält, eine mehrheitlich gläubige Menschheit zu vertreten. Stattdessen soll ihr ehemaliger Widersacher Dr. Drumlin die Reise antreten. Während eines Testlaufs wird die Maschine durch ein Selbstmordattentat des religiösen Fanatikers Joseph zerstört, wobei auch Dr. Drumlin getötet wird.
NASA-Illustration der Milchstraße
Bei einem Gespräch mit ihrem Förderer S. R. Hadden, der Ellies Lebensweg schon lange beobachtet und alle Einzelheiten aus ihrem Leben kennt, erfährt sie, dass parallel eine zweite Maschine auf der japanischen Insel Hokkaidō gebaut wurde. Mit Hilfe dieser Maschine reist sie in einer Kapsel zum Wega-System und weiter zum Ort eines unbeschreiblichen kosmischen Ereignisses, wo sie auf ein Wesen in der Gestalt ihres verstorbenen Vaters trifft. In dem folgenden Gespräch wird ihr erklärt, dass es noch viele weitere Zivilisationen im Universum gebe, von denen ein Teil dasselbe Transportsystem nutzt. Im weiteren Verlauf erfährt Ellie, dass diese Art der Kontaktanbahnung von den Unbekannten schon seit Jahrmilliarden praktiziert werde. Dennoch wissen sie nicht, wer das künstliche Wurmlochsystem einst installiert hat. So bleibt schließlich nur eine Gewissheit: „Auf unserer Suche nach allem, was die Leere erträglich macht, haben wir nur eins gefunden … einander.“
Als sie nach vielen Stunden zur Erde zurückkehrt, ist dort allerdings nur ein Sekundenbruchteil vergangen, und es wird allgemein bezweifelt, dass diese Reise tatsächlich stattgefunden hat, denn die von Ellie beschriebenen Erlebnisse ließen sich auch mit Wahrnehmungstäuschungen oder Halluzinationen erklären. Ellie selbst zieht als mögliche wissenschaftliche Erklärung die Öffnung eines Wurmlochs (Einstein-Rosen-Brücke) heran. Es wird auch erwogen, ob der Milliardär Hadden, der inzwischen gestorben ist, den ganzen Vorgang geschickt inszeniert haben könnte. Ein internes Gespräch zweier Regierungsbeamter offenbart jedoch, dass die von Ellie mitgeführte Videokamera „eigenartigerweise“ 18 Stunden lang Aufzeichnungen gemacht hat, wobei der Speicherchip nur Rauschen, aber keine verwertbaren Informationen dokumentierte. Ellie kann ihre Reise also durch keinerlei Beweise bestätigen. Als Indizien für Ellies Version, dass die Reise durch Raum und Zeit tatsächlich stattgefunden hat, sprechen die zerstörte Sesselaufhängung in der Transportkapsel und die 18-stündige Aufzeichnungsdauer der Kamera.