故事描述科學家為了解開神秘的黑色石板突然屹立於月球表面的疑問，隨著石板送出的訊息，啟動太空船出發飛往木星，途中負責操作太空船的人工智慧電腦發生錯亂，人類與之展開生死格鬥，不久後發現自己超越了時間與空間。
電影大師史丹利庫柏力克執導的科幻鉅作，在浩瀚神秘的敘事裡，庫柏力克從回溯人類進化，一舉跨到太空時代，一塊比例完美的黑石成了宇宙與生命迷宮的鑰匙，一場電腦的叛變提出了智慧與道德的矛盾。科幻類型至此，步入了一個全新的世界。

　　為了解開神秘的石柱突然屹立於地面並攻擊人的秘密，原子動力太空般帝斯卡巴里號出發飛往距離八億公里遠的木星。此太空船的成員包括波曼船長、布魯飛行員及三個在圓筒內冬眠的隊員等五人。

　　途中電腦HAL發生錯亂，破壞了冬眠裝置，布魯被誘出船外，於黑暗的太空中被殺，波曼船長則被困在母船中，與之展開生死格鬥，結果人類終於獲勝。不久太空船在進入木星的軌道後，因船長發現某地有與月球上的石柱一模一樣的東西，就駛向它，卻發生意外。

　　當他醒來時，看見自已正和太空船在路易十六的臥室中。超越時間與空間，所有的一切東西都消失於白光之中後，飄浮在太空上的綠色地球，由一胎兒看守著，此胎兒正是波曼轉世而成的，正等待著自己出生的日子。