Irdische Raumfahrer entdecken im Zuge ihrer Forschungstätigkeit im Krater Tycho auf Luna ein uraltes Artefakt - einen schwarzen Monolith, der eine geheimnisvolle Strahlung aussendet, die mit ebenso geheimnisvollen Energien vom Planeten Jupiter in Verbindung zu stehen scheint.
Eine Expedition wird vorbereitet, um dieses Mysterium zu ergründen. Ein riesiges Raumschiff startet in Richtung Jupiter, an Bord fünf Wissenschaftler - und HAL 9000, der neue Supercomputer, der alle Funktionen des Schiffes selbständig steuern kann.

Doch während des langen Fluges entwickelt sich ein Konflikt zwischen HAL und der Besatzung. Es kommt zum offenen Kampf zwischen Mensch und Maschine - und für den einzigen Überlebenden beginnt die phantastiche Reise in die Unendlichkeit...