Eine U-Boot-Crew um Dr. Doug Standish bricht auf eine Mission auf, die sie durch alle Weltmeere führen wird: Die Wissenschaftler sollen Warngeräte auslegen, die im Fall von Erbeben und Flutwellen frühzeitig Alarm schlagen. Doch die Aufgabe ist gefährlicher und mühsamer als gedacht, zumal die Spannungen zwischen den Crewmitgliedern ständig zunehmen.

Als im Jahr 2001 ein Monolith auf dem Mond entdeckt wird, wird diese Entdeckung als der Beweis für außerirdisches Leben gedeutet. Eineinhalb Jahre nach der Entdeckung des Monoliths werden 2 Astronauten, Bowman und Poole, mit dem Raumschiff Discovery zum Jupiter geschickt, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen. Das Raumschiff ist mit dem Supercomputer HAL-9000 ausgerüstet. Bald ergeben sich erste Komplikationen mit dem Computer...