Seniai, nutolusioje praeityje, kažkas stumtelėjo žmonijos vystymąsį, atsiųsdamas į Žemę paslaptingą juodą monolitą. Po daugelio metų, tyrinėdami Mėnulį, astronautai jo krateryje taip pat atranda trijų milijonų metų senumo artefaktą – juodą monolitą, skleidžiantį paslaptingą elektromagnetinės energijos impulsą, kuris kažkokiu būdu yra susijęs su Saturno palydovu Japetu. Šiai paslapčiai tirti surengiama ekspedicija: išskrenda penki mokslininkai, „ginkluoti“ ypač galingu kompiuteriu HAL-9000, galinčiu savarankiškai perimti laivo valdymą. Tačiau skrydžio metu kompiuteris sunaikina komandą – ir vienintelis likęs gyvas astronautas pradeda savo kelionę į laiko ir visatos begalybę. Filmas prikausto paslaptinga atmosfera, kosmoso vaizdais ir nuojauta, jog Visatoje egzistuoja aukštesnis intelektas.