Μετά την ανακάλυψη στη Σελήνη ενός μυστήριου, μαύρου μονόλιθου, που ίσως κρύβει πολλές απαντήσεις γύρω από την καταγωγή της ανθρωπότητας, ξεκινά ένα ταξίδι αναζήτησης προς το άγνωστο, ένα διαστημικό ταξίδι στον πλανήτη Δία. Αρχηγός της ομάδας, που συγκροτείται, είναι ο Ντέιβ, καθοδηγούμενος από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή τεχνητής νοημοσύνης, τον ΧΑΛ. Όμως ο ΧΑΛ, που ρυθμίζει τις λειτουργίες του σκάφους, θα παρουσιάσει ξαφνικά παράξενες διαταραχές και θα στραφεί ενάντια στους ίδιους τους κοσμοναύτες.