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...

2010 reist eine russisch-amerikanische Expedition auf der Leonov zum Jupiter und findet die verschwundene Discovery, die um den Mond Europa kreist. Man analysiert die Datenbänke von Computer HAL, nähert sich dem Geheimnis des Monolithen an. HAL wird von der Neurose (er kann nicht lügen) kuriert, Astronaut Bowman erscheint, fordert zur Flucht auf, die gelingt. Als auf der Erde der Weltkrieg ausbricht, wandelt der Monolith den Jupiter in eine Sonne um, die Lebensraum und den Weltfrieden sichert. Der Monolith wartet im Finale auf neue Aufgaben.