本片講述的是，為了解開(kāi)神秘的石柱突然屹立于地面并攻擊人的秘密，原子動(dòng)力太空般帝斯卡巴里號(hào)出發(fā)飛往距離八億公里遠(yuǎn)的木星。此宇宙飛船的成員包括波曼船長(zhǎng)、布魯飛行員及三個(gè)在圓筒內(nèi)冬眠的隊(duì)員等五人。途中電腦HAL發(fā)生錯(cuò)亂，破壞了冬眠裝置，布魯被誘出船外，于黑暗的太空中被殺，波曼船長(zhǎng)則被困在母船中，與之展開(kāi)生死格斗，結(jié)果人類終于獲勝。不久宇宙飛船在進(jìn)入木星的軌道后，因船長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)某地有與月球上的石柱一模一樣的東西，就駛向它，卻發(fā)生意外。當(dāng)他醒來(lái)時(shí)，看見(jiàn)自己正和宇宙飛船在路易十六的寢室中。超越時(shí)間與空間，所有的一切東西都消失于白光之中后，飄浮在太空上的綠色地球，由一胎兒看守著，此胎兒正是波曼轉(zhuǎn)世而成的，正繼續(xù)等待著自己出生的日子。這部?jī)?nèi)容以不遠(yuǎn)的未來(lái)為背景，在廣闊的宇宙空間中，人類將面對(duì)不可思議之事。