Minęło niemal dziesięć lat od wyprawy statku kosmicznego "Odkrywca" w celu wyjaśnienia zagadkowego sygnału, wysłanego przez znaleziony na księżycu tajemniczy monolit. Jedyny człowiek załogi, który ocalał po awarii i buncie pokładowego komputera, David Bowman, zniknął wraz z kapsułą ratunkową w pobliżu jednego z księżyców Jowisza. W celu odzyskania danych, jakie zebrał "Odkrywca", a także ustalenia przyczyn usterki komputera HAL-9000 wyrusza na Jowisza dowodzony przez Rosjan kosmolot "Leonow", na którego pokładzie znajdują się również naukowcy amerykańscy. U celu podróży czeka ich spotkanie z wytworem pozaziemskiej inteligencji. Czy przedstawiciele wciąż podzielonej na rywalizujące ze sobą nacje ludzkości zdołają wykorzystać szanse, jakie stwarza kontakt z wysoko rozwiniętą kosmiczną cywilizacją?