Cette trilogie de thrillers noirs bouclée, il se lance dans la science-fiction avec le tournage de "Premier Contact", adapté d'une nouvelle de Ted Chiang. Il y dirige les stars Amy Adams et Jeremy Renner dans les rôles principaux. Le film est dévoilé à la Mostra de Venise en 2016, puis reçoit 8 nominations aux Oscars en 2017, dont celle du meilleur film et de la meilleure réalisation.