Een mysterieuze steen brengt de mensheid jaren verder vooruit. In 1999 en inmiddels duizenden jaren later wordt eenzelfde steen op de maan gevonden. In 2001 krijgt ruimteschip S. S. Discovery de taak om dit tot de bodem uit te zoeken. Kapitein Dave Bowman en zijn bemanning onderzoeken met hun boordcomputer en de middelen die ze beschikken op dat moment wat er gaande is en wat de steen voor een invloeden heeft.