Doktor Heywood Floyd (
Roy Scheider), dawny przewodniczący amerykańskiej Komisji ds. Astronautyki, był konstruktorem statku kosmicznego "Discovery", który wyruszył z misją badawczą. Niestety, dowodzący nim komandor Bowman zaginął, a inni członkowie wyprawy stracili życie. Floyda odwiedza radziecki emisariusz z zaskakującą propozycją. Rosjanie są gotowi zabrać na pokład swojego statku, udającego się na orbitę Jowisza, zespół amerykańskich naukowców. Czy uda im się odnaleźć "Discovery"?