Planet Earth, Pleistocene, savanner fra det ækvatoriske Afrika.

En lille stamme af Pithecanthropus er på randen af ​​udryddelse. Naturen gav dem ikke kraftige hænder, heller ikke skarpe kløer eller hurtige ben, men glimt af bevidsthed flimrede i deres øjne. Det er sandsynligvis disse egenskaber, der tiltrækkede opmærksomheden fra en højtudviklet udenrigs-civilisation, der omhyggeligt dyrker sindets frø, uanset hvor de kan findes. Pithecanthropus bliver eksperimentelt i et storslået rumeksperiment.

En nat vises en blok fuldstændigt gennemsigtigt materiale i en floddal. I skumringen, når stammen vender tilbage til hulerne, skaber en usædvanlig sten pludselig en mærkelig vibrerende lyd, der tiltrækker Pithecanthropus som en magnet. I det tykende mørke kommer krystallen til live, begynder at gløde, bisarre tegninger vises i dens dybder. Fortryllet Pithecanthropus ved ikke, at i disse øjeblikke enheden undersøger deres hjerne, vurderer deres evner, forudsiger mulige evolutionsretninger. Krystallen ringer til sig selv den ene eller den anden, og de udover deres vilje foretager nye bevægelser: frekke fingre binder den første knude på Jorden, lederen henter en sten i hænderne og prøver at ramme målet. Lektioner fortsætter hver aften. I løbet af året ændrer stammens liv sig uden anerkendelse - nu kan Pithecanthropus bruge et sæt enkle værktøjer og jage store dyr. Evig sult og frygt for rovdyr trækker sig ind i fortiden, der er tid til tanke- og fantasi-arbejde. Den mystiske monolit forsvinder lige så pludselig som den så ud. Hans mission er udført - et dyr udstyret med intelligens er dukket op på Jorden.

XXI århundrede Amerikanske forskere finder på månen, der allerede er beboet af menneskeheden, det første ubestridelige bevis på eksistensen af ​​en udenjordisk civilisation.

Som formanden for Det Nationale Råd for Astronautik, der øjeblikkeligt kaldes til månen, finder ud af det, har magnetisk rekognosering opdaget en kraftig forvrængning af magnetfeltet i nærheden af ​​Tycho-krateret, og udgravninger i midten af ​​anomalien har fundet en parallelepiped af ideelle proportioner fra ukendt på Jorden tungt sort materiale på en dybde af seks meter. Det mest slående ved dette fund er dens alder: geologisk analyse antyder, at monolitten blev begravet her for omkring tre millioner år siden.

Når måneskinnet går op, og den sorte monolit fanger en solstråle for første gang efter tre millioner års fængsel, høres et gennembrudt elektronisk råb i hovedtelefonerne til folkene omkring. Dette signal detekteres af rumskærme og sonder, og den centrale computer konkluderer efter behandling af informationen: en rettet energipuls, åbenlyst af kunstig oprindelse, styrtede fra månens overflade i retning af Saturn.

Alt dette er kun kendt for en håndfuld mennesker, fordi konsekvenserne af det chok, som menneskeheden uundgåeligt skal udholde, er uforudsigelige.

Interplanetarisk rum. Discovery rumskib. De første måneder af flyvningen passerer i fredfyldt ro. To vågne besætningsmedlemmer - Frank Poole og David Bowman - er dagligt på vagt. De tre andre er nedsænket i en kunstig hypotermisk drøm, hvorfra de først vil blive vakt, når Discovery kommer ind i Saturns bane. Kun disse tre personer kender det sande formål med ekspeditionen - en mulig kontakt med udenjordisk civilisation, mens Poole og Bowman overvejer at flyve en normal forskningsrejse. De, der forberedte ekspeditionen, besluttede, at det var nødvendigt for nationens sikkerhed og interesser.

Faktisk kontrolleres skibet ikke af mennesker, men af ​​det sjette besætningsmedlem, Eal - Discovery-hjernen og nervesystemet, en heuristisk programmeret algoritmisk computer. Eal skabt gennem en proces, der ligner udviklingen af ​​den menneskelige hjerne, kan med rette kaldes en virkelig tænkemaskine, og den taler til mennesker på et ægte, figurativt menneskeligt sprog. Alle evnerne i EAL er rettet mod at opfylde det givne ekspeditionsprogram, men modsigelsen mellem målet og behovet for at skjule det for medmennesker ødelægger gradvist integriteten af ​​hans ”psyke”. Maskinen begynder at begå fejl, og til sidst indtræder en krise: høre astronauter tale med Jorden om behovet for at slukke EAL og overføre kontrol til centret, han tager den eneste mulige beslutning: at slippe af med mennesker og gennemføre ekspeditionen på egen hånd. Han imiterer en antenneulykke, og når Frank Pool går ud i rummet for at erstatte blokken, dræber EAL ham: en jetkapsel-jolle med fuld hastighed flyver til astronauten. Og det næste øjeblik ser den bedøvede Bowman på skærmen, at båden forlader skibet og trækker liget af en afdød ven sammen med det på sikkerhedskablet. Frank Poole, den første af folket vil tage til Saturn.

Bowman forsøger at vække en af ​​de sovende mennesker, men han hører en lyd, der får hans hjerte til at blive koldt: dørene til den ydre luge åbner og luft fra skibet haster ind i rummet afgrund. Han formår at flygte i et nødkammer, tage på en rumdragt og frakoble de højere centre i den elektroniske hjerne. Han forbliver alene i millioner af kilometer fra Jorden. Men skibets motorer og navigationssystemer er i god stand, kommunikationen med Jorden er blevet gendannet, og nødforsyningen af ​​ilt vil vare i måneder. Ekspeditionen fortsætter, og Bowman, der nu er opmærksom på sit endelige mål, når den gigantiske døde Saturn. Han blev beordret til at påbegynde undersøgelsen af ​​systemet fra den ottende satellit i Saturn, Iapetus. Hele overfladen af ​​Iapetus, uden atmosfære, er sort, minder om trækul i struktur - ud over det hvide plateau er det påfaldende regelmæssigt oval i form med et sort mærke i midten, hvilket viser sig at være nøjagtigt den samme sorte monolit som på Månen, kun gigantiske størrelser.

Eksperimentet, der blev påbegyndt for tre millioner år siden, er afsluttet. Monolitten i Iapetus - Guardian of Stargate - blev installeret af de samme skabninger, der slet ikke var som mennesker, som sendte en mystisk krystal til Jorden og begravede en sort blok på Månen. Deres indsats var ikke forgæves: Jorden gav virkelig anledning til fornuft, der var i stand til at nå andre planeter, og signalet om månemonolitten, der sendte nyheder til Iapet, var bekræftelse af dette.

David Bowman beslutter at sidde på Iapetus i en kapsel, og hendes tilgang vækker de kræfter, der er indeholdt i Stargate. Den øverste side af den sorte monolit går pludselig dybere, kapslen begynder at falde ned i den bundløse skaft. Dette åbnede Stargate.

Tiden stopper - uret stopper med at tælle sekunder - men opfattelse og bevidsthed fortsætter med at arbejde. Bowman ser de sorte vægge i "minen" og i lumen fra et utal af stjerner "spredt" fra centrum. Han er klar over, at med tid og rum sker der noget, der er utilgængeligt for hans forståelse, men ikke føler frygt, og føler at han er under beskyttelse af et uendeligt kraftigt sind. I sidste ende finder han sig hundreder af lysår fra Jorden. Kapslen stræber efter en kæmpe rød stjerne, ind i flammeområdet, men når rejsen slutter, tror Bowman at han er skør - han er på et almindeligt jordisk hotel. Først efter et stykke tid indser han, at alt dette er en dekoration lavet af værterne til en gæst i en tv-film for to år siden. Bowman går i seng og falder i søvn - for sidste gang i sit liv. Det smelter sammen med det kosmiske sind, mister sin fysiske krop, tilegner sig evnen til at bevæge sig i tid og rum ved hjælp af tanke og redder hjemmeplaneten fra en forestående atomkatastrofe.