Dix-huit mois plus tard, les astronautes David Bowman et Frank Poole font route vers Jupiter à bord du Discovery. Les deux hommes vaquent sereinement à leurs tâches quotidiennes sous le contrôle de HAL 9000, un ordinateur exceptionnel doué d'intelligence et de parole. Cependant, HAL, sans doute plus humain que ses maîtres, commence à donner des signes d'inquiétude : à quoi rime cette mission et que risque-t-on de découvrir sur Jupiter ?