劇情大綱

整個故事開始於地球上居住的猿猴。它們因為某個巨大的黑石板產生進化，並因此懂得使用工具來狩獵動物。隨後，故事來到了人類科技已有能力運送自己到月球去的時候。美國的月球基地發現了相同的黑石板，由於黑石板明顯為非自然產物，當局決定對此發現嚴格保密，並故意釋放月球基地有新型傳染病的假消息，而與此同時親臨現場的佛洛伊德博士開始對黑石板進行研究。他們發現這塊黑石板是一個發射器，因為它發出了一種尖銳的訊號，射向木星。

18個月之後，一艘發現號太空船被委派到木星調查訊號的終點。太空船上的人員包括大衛·鮑曼博士、法蘭克·普爾，和一台先進且具有 人工智慧超智慧電腦HAL 9000來控制整艘太空船。此外，太空船上還有三位處於冬眠狀態科學家。但是遠航之旅逐漸變為可怕的旅行，超智慧電腦HAL發現大衛·鮑曼與法蘭克·普爾打算將他的主機關閉。對超智慧電腦來說，關閉它的主機將殺死它，所以超智慧電腦決定先發制人，殺害三位冬眠狀態科學家及用製造假故障的狀況，讓法蘭克·普爾去太空船外修理，然後用HAL的小型艇將法蘭克·普爾的氧氣剪斷，導致法蘭克·普爾缺氧而死。而唯一倖存者大衛·鮑曼在設法關閉HAL電腦的同時，到達木星。此時大衛·鮑曼發現一個更大的黑石板出現在軌道上。

當他去調查石板時，不自主被傳送到無限遠的地方。許久之後，大衛·鮑曼發現小艇已停在一間布置華麗的房間裡。突然大衛·鮑曼發現到自己正以極快的速度老去，在躺在床上老死之前，他看見巨大第四塊石板出現在面前，而他也轉變成嬰孩一般，飄浮在地球附近的太空凝望著數之不盡的群星。