在2001年人类已经可以进行太空旅行。弗洛依德博士是美国在月球克莱维斯研究基地的负责人之一，这次他秘密返回基地调查一起神秘的事件。原来，基地研究员在月球某地发现了一个神秘的强磁性柱子，这个柱子显然是在四百万年前被人故意埋在那里的。正当弗洛依德博士率领6位科学家对其进行考察研究的时候，奇怪的事情发生了。 16个月后，美国又派遣了5位科学家搭乘巨型飞船前往木星进行考察，此行目的对外宣称是对16个月前发生在月球上的“克莱维斯事件”进行研究。飞船的日常管理工作由从来不犯错误，且具有人类逻辑思维方式的超级电脑HAL