En 2001, au bord d'une navette spatiale, le Dr. Heywood Floyd enquête sur la découverte d'un monolithe noir qui émet d'étranges signaux vers Jupiter. Dix-huit mois plus tard, deux astronautes font route vers Jupiter accompagnées du HAL 9000, un ordinateur exceptionnel. Cependant, le HAL commence à donner des signes d'inquiétude.