Nueve años después de que la USS Discovery se perdiese en el espacio, una expedición conjunta de los Estados Unidos y la Unión Soviética es enviada a Júpiter para reactivar el ordenador Hal 9000, que dirigía la nave accidentada, y para averiguar qué problema frustró la expedición del Discovery. Cuando llegan a su destino encuentran el gran monolito negro que la primera expedición pretendía investigar.