Een mysterieuze rechthoekige steen geeft de mensheid in een ver verleden een evolutionaire sprong vooruit. Duizenden jaren later, in het jaar 1999, wordt zo'n zelfde steen op de maan gevonden. Wetenschappers weten niet wat het is, wat het precies doet of waar het vandaan komt. In het jaar 2001 wordt het ruimteschip S.S. Discovery en haar bemanning, Kapitein Dave Bowman en Frank Poole, samen met boordcomputer HAL-9000 richting jupiter gestuurd omdat daar een vele malen groter exemplaar van de mysterieuze steen is waar genomen.