海伍德·弗洛伊德博士乘坐飞船带领一群人正降落月球基地。这画面是上世纪年人类在科幻中第一次登月，而美国阿波罗号飞船登月是在一年后的年。海伍德·弗洛伊德博士带队是穿越时光在年星际旅行。就是那个时间的镜头，人类现在已经是年后的年。你会惊叹人类科幻的超前性和现在的科技基本没有二致。
年美国导演斯坦利·库布里克（Stanley Kubrick）导演出品一部科幻影片《：太空奥德赛》（：Space Odyssey），这部史诗级的科幻鸿篇巨制被称为科幻电影的开山鼻祖，而且还远不止如此。画面中“发现号”为什么要设计成一个精子形状?当为首的人猿把骨头抛向天空，画面切转骨头变成一艘太空飞船漫游在深空，一部新的创世预言，其对宇宙深广度和对人类进化方向的探讨空前绝后。
开篇是在理查德斯特劳斯的“查拉图斯特拉如是说”的音乐中开始，一种浑厚、肃穆、激昂壮美展开太空的奥妙，又似乎是在歌颂一种按捺不住的人类进化的狂喜。太空中传来约翰斯特劳斯的“蓝色多瑙河”，舒缓优美，一种太空船泊船进港的宁静气氛在静谧中弥漫。这时的“发现号”空间站在星体旁静静转动着，犹如泊着一艘巨大的战舰。
当那只人猿受到黑石的神奇作用，以骨头为工具打碎另一猿猴的头颅后，他将那根白骨抛向空中，这时他已进化到学会将骨头当作工具和武器，猎食动物，收复了同类抢占失地的程度。这时镜头上摇，我们看到的已是在二十一世纪穿梭往复的白色太空船，耳边听到的是轻快的约翰斯特劳斯的“蓝色多瑙河”圆舞曲。
以黑石的多次出现和隐没为界限，人类的全部发展史被演绎为四个部分：第一部分是“人类的黎明”，第二部分是“月球之旅”，第三部分是“木星计划的十八个月后”，第四部分是“木星以及无限苍穹”。弗洛伊德博士是太空委员会的主席，受总统指示独身乘飞船离开地球到达在深邃空间转动的圆盘状的空间站，再一行同僚换乘月球飞船前往美国太空军克莱维斯月球基地，在一个“月球病毒谎言”的掩盖下实则是去考察一块月球上的黑石。
弗洛伊德博士一行太空人离开空间站乘月球飞船降落在月球上。而人类的真正梦想紧随其后。一年后的7月日美国国家航空航天局阿波罗号飞船火箭升空，载三名宇航员阿姆斯特朗、迈克尔·科林斯和巴兹·奥尔德林飞向月球，四天后的7月日阿姆斯特朗和奥尔德林首次踏上月球，阿姆斯特朗扶着登月舱的阶梯踏上了月球，留下那句:"这是我个人的一小步，但却是全人类的一大步”的宣言。全世界有超六亿人观看登月现场直播。
这场景恰如阿波罗号登月的再现。但人类探索星空的脚步远未停止。就在年，一艘被命名为“：火星奥德赛”的飞船从卡纳维拉尔角航天发射场发射升空，飞向火星。半年后成功切入火星轨道。一直到现在，升空年后，火星奥德赛探测器仍在围绕火星的极地轨道上飞行。“奥德赛”是荷马史诗《Odyssey》（《奥德赛》）故事主题，代表一种忠贞与勇气的“远征”返乡之旅。那么，现代人也在“返乡”之旅吗？
弗洛伊德博士像当年的人猿头领“望月”一样触摸着这块黑石。黑石为光滑长方体，三边之比1：4：9，简单完美。黑石被暗喻为宇宙大智慧的源泉，就像存在着一种更高级的文明在一直注视着人类，在每个关键时期都会出现并消失。但自大的人类始终没有意识到黑石的意义。黑石也会惩罚人类对知识的误用；以防人类无法承受超越自身局限的认知。月球的黑石发出刺耳声波直指木星。预示着人类将再次面临自身的失败。
在月球勘察黑石任务的十八个月后，一艘载有五名航天员与一个人工智能“哈尔”的太空飞船“发现号”飞向木星。机组成员两人，有船长大卫·鲍曼和船员弗兰克·普尔，负责日常维护，还有三名科学家已经冬眠，三人处于低温休眠状态以节省能源，飞船和机组的一切由名为哈尔（HAL ）的智能计算机控制。星际旅行是寂寞、无聊而空洞的，船员弗兰克通过绕这个像鼠笼一样回转的船舱来回走动、跑步健身来排遣。
大卫·鲍曼记录三位休眠科学家的数据，而弗兰克·普尔则进入睡眠舱或干脆进入休眠状态休息。哈尔发现他们实在无聊时，会建议下一盘棋，并用愉快的声调自夸棋艺高超。鲍曼用把螺丝刀战胜了哈尔的嬉闹挑衅。时光画面出现全黑则表示一段相当长的时间，可以是一天，也可以是一百万年。这表示，其实人类茹毛饮血、在黑暗中的时间要更长。人类高速发展的科技，诸如汽车、飞机、5G加快了个体时间的消耗，则相对加快了自身的短暂。
弗兰克与哈尔（HAL ）智能计算机对话。哈尔是一个拥有超高计算能力，理性且严谨的人工智能。飞船飞行其实是整个由哈尔独自控制，两位船员充其量是个无所事事的角色。哈尔向船员们报告船上有个零件AE35失效了。可经过检测后，那个零件却完好无损。弗兰克前来质疑哈尔“型电脑从来没有出过错吗？”但哈尔坚持是“只能归咎于人类的错误”。争执不下，两名船员认为如果哈尔电脑出错了，那么就必须关闭。
两名船员为检验是否是这台号称永不出错的计算机在“谎报军情”，两人决意再去舱外换回零件。大卫把鲍曼拉到一个工作舱里，做了隔声措施以防止被哈尔听见，他们讨论并最后决定关掉哈尔。但哈尔不好对付，哈尔会读唇语，他透过工作舱的舷窗，观察两名船员的唇语，得知了关掉自己的计划。哈尔先发制人，他控制驾驶舱撞断了弗兰克的氧气管，鲍曼在飞船舱里眼睁睁看着弗兰克在浩瀚的太空无声的挣扎、死去。
鲍曼驾驶小绵羊飞艇出舱为弗兰克收尸。哈尔接着将大卫撞向了太空深处。与此同时，哈尔又关闭了飞船内三名正在冬眠的科学家的生命维持系统。休眠舱成了三位科学家的棺椁。大卫·鲍曼驾驶工作舱想要回到飞船内，但是哈尔不肯开门，并对哈尔摊牌：“你们想要关掉我，我不会开门的，我会读唇语。”
鲍曼驾驶小绵羊飞艇正操纵机械手臂旋转舱门栓打开母船“发现号”的舱门。他在操纵机械手臂旋转舱门把手之前，首先伸出了第二只机械手臂抓住了另一处把手。外太空没有重力和摩擦——须事先固定自身。然后用另一只机械手开舱门。但辅助舱门哈尔拒绝打开，鲍曼自己也打不开。
大卫·鲍曼知道哈尔途中出现“妄想狂”故障，劫持飞船并杀死四个机组成员，现在已铁了心，哀求无用。设计者在给HAL编程的时候输入了两条完全矛盾的指令。A 不惜一切代价完成木星任务；B 向两名船员Frank和Dave隐瞒实情。由于HAL9000型系列电脑从不出错，二船员误解了HAL的意图，HAL已无选择余地，为了完成任务，它必须除掉船员。鲍曼撞开飞船紧急逃生舱口回到飞船，穿上宇航服去找哈尔算账。
鲍曼爬进了哈尔电脑的中枢，要拆除哈尔的中枢。这时，哈尔用单调的语音唱着《小雏菊》这首歌并重复说着“我害怕了”。但鲍曼再不会听信哈尔了，他一声不吭，一下一下拔掉了哈尔大脑里的存储卡，直到最后关机，哈尔无声了。 一个机器人让人类产生了恐怖，即便它懂得爱与害怕。人类最后是否会被人工智能替代，是该忧心忡忡，还是嘲笑前者杞人忧天。连霍金先生都担忧，不要轻易扰动外星文明。
在关掉哈尔后，“发现号”飞船逐渐靠近木星，这时第三块巨大的黑石横亘在飞船和木星之间，犹如一道巨大的门，向大卫并放出大量诡异绚烂的光，这诡异绚烂的光持续了很久。鲍曼进入到了时光隧道穿行，经过飞越众星的航程。鲍曼进入到了一个古典风格的房间里。
这房间看上去带有文艺复兴时期的味道，但更近似法国世纪路易十四时期的洛可可风格。鲍曼不断现身于这间空屋，在这房间经历了自己的一生，目睹自己年老、死去。在生命的最后一刻，第四块黑石出现，大卫指向黑石，自己却化作一颗受精卵。鲍曼是重生了吗，正回到终极本原的家乡？
鲍曼在临死前再次遭遇方碑，从而被幻化为星际胎儿，在寂寥太空中守望蓝色地球。一个在胎中的星孩凝视着无尽的宇宙深渊……