Louise Banks, linguiste réputée, a une fille, Hannah, qui succombe à une leucémie à l'adolescence. Un jour, Louise apprend que douze vaisseaux extraterrestres sont arrivés sur Terre. Elle reçoit la visite du colonel Weber, qui lui propose de contribuer au "premier contact" avec les extraterrestres. Avec Ian Donnelly, professeur en physique théorique, Louise est chargée d'établir un protocole pour communiquer avec les aliens, nommés heptapodes, et connaître leurs intentions. Louise noue une forme de dialogue par écrit, et déchiffre les symboles circulaires que dessinent leurs deux interlocuteurs, baptisés Abbott et Costello. Ce faisant, elle a des réminiscences d'Hannah. Lorsqu'ils les interrogent sur leurs intentions, Louise et Ian obtiennent pour seule réponse "offrir arme". Des G.I. renégats placent une bombe dans le vaisseau. Louis et Ian sont sauvés par le sacrifice d'Abbott. Le général Shang, chef de l'armée chinoise, annonce son intention d'attaquer le vaisseau flottant dans son pays. Louise retourne seule voir Costello : ses visions d'Hannah sont son avenir, et le langage des heptapodes est un cadeau à l'Humanité, qui pourra ainsi aider les heptapodes dans 3 000 ans. Louise utilise ses souvenirs du futur pour contacter le général Shang et le convaincre des intentions pacifiques des heptapodes. Les vaisseaux disparaissent, tandis que tous les pays partagent les informations. Ian et Louise se rapprochent. Louise voit que Ian sera le père d'Hannah. Qu'il lui demandera si elle veut un enfant. Qu'elle lui dira oui.