现在的时间是2001年,为了寻找黑石的根源,人类开展一项木星登陆计划。飞船上有冬眠的三名宇航员,大卫船长、富兰克飞行员,还有一部叫“HAL9000”的高智能电脑。HAL在宇宙飞行过程中发生错乱,令到富兰克和三名冬眠人员相继丧命,剩下波曼和这台电脑作战。
从死亡线上回来的大卫一气之下关掉主脑系统,HAL彻底失效。现在,茫茫宇宙中只剩大卫一人,向木星进发。穿越瑰异壮观的星门,大卫仿佛去到一个奇特的时空,那里有人类无尽的生死轮回和宇宙的终极知识……。著名侦探查理·梅欧突然间失去了特有的敏感度,而他精心策划的一次侦破也以失败告终,这使他对自己彻底丧失了自信,请求上级准许退休,现在他还需要完成最后一次秘密行动。查理已经处在了精神崩溃的边缘,内心甚至充满了对杀人不眨眼的黑手党头头奈斯特拉的惧怕。查理向心理医生寻求帮助。幸运的是,他得到了医疗小组的热情帮助,特别是护士朱蒂对他更是关心备至……。