整个故事开始于地球上居住的原始的猿猴。它们因为某个巨大的黑石板产生的进化，并因此而懂得并使用工具来狩猎动物。随后，故事来到了人类科技已有能力能够运送自己到月亮去的时候。美国的月球基地发现了相同的黑石板，由于黑石板明显为非自然产物，当局决定对此发现严格保密为保密，月球基地因此有新型传染病的流言传出，而与此同时科学家开始对黑石板进行研究。他们发现这块黑石板是一个发射器，因为它发出了一种尖锐的讯号，射向木星。
18个月之后，一艘发现号太空船被委派到木星那里调查此讯号的终点到底是什么。太空船上的人员包括David Bowman 博士（ Keir Dullea ）,Frank Poole（Gary Lockwood ），和一台先进且具有 人工智能 的超智能电脑 HAL 9000（Douglas Rain配音）来控制整艘太空船。此外，太空船上还有三位处于冬眠状态科学家。但是远航之旅逐渐变为可怕的旅行，超智能电脑 HAL发现Bowman及Poole打算将他的主机关起来的想法，对超智能电脑来说，关闭它的主机是要杀它，所以超智能电脑决定先发制人，杀害三位冬眠状态科学家及用制造假故障的状况让Poole去太空船外修理，然后用HAL的小型艇将Poole的氧气剪断，导致Poole因缺氧而死。而唯一幸存者Bowman，在设法关闭HAL电脑的同时，到达了木星。此时Bowman 发现一个更大的黑石板出现在轨道上。
当他去调查时，他不自主的被传送到无限远的地方。许久之后，他发现小艇已停在一间布置华丽的房间里。突然Bowman发现到自己正以极快的速度老去，在他躺在床上老死之前，他看见巨大第四块石板出现在他面前，而他也转变成婴孩一般飘浮在宇宙中凝望着数之不尽的星星。
18个月之后，一艘发现号太空船被委派到木星那里调查此讯号的终点到底是什么。太空船上的人员包括David Bowman 博士（ Keir Dullea ）,Frank Poole（Gary Lockwood ），和一台先进且具有 人工智能 的超智能电脑 HAL 9000（Douglas Rain配音）来控制整艘太空船。此外，太空船上还有三位处于冬眠状态科学家。但是远航之旅逐渐变为可怕的旅行，超智能电脑 HAL发现Bowman及Poole打算将他的主机关起来的想法，对超智能电脑来说，关闭它的主机是要杀它，所以超智能电脑决定先发制人，杀害三位冬眠状态科学家及用制造假故障的状况让Poole去太空船外修理，然后用HAL的小型艇将Poole的氧气剪断，导致Poole因缺氧而死。而唯一幸存者Bowman，在设法关闭HAL电脑的同时，到达了木星。此时Bowman 发现一个更大的黑石板出现在轨道上。
当他去调查时，他不自主的被传送到无限远的地方。许久之后，他发现小艇已停在一间布置华丽的房间里。突然Bowman发现到自己正以极快的速度老去，在他躺在床上老死之前，他看见巨大第四块石板出现在他面前，而他也转变成婴孩一般飘浮在宇宙中凝望着数之不尽的星星。
