Nueve años después de la desastrosa misión Discovery a Júpiter en 2001, una nueva expedición formada por estadounidenses y rusos parte para encontrar la nave perdida y buscar en el banco de datos del rebelde ordenador HAL 9000 algo que explique qué ocurrió y dónde está el comandante Bowman. Mientras tanto, el ser que fue una vez Dave Bowman -el único humano que podía dar la clave sobre el misterio del monolito- se dirige hacia la Tierra en una misión vital…