《2001太空漫游》后9年,前国家航天委员会主任弗洛伊德博士(罗伊·施奈德 饰)接受苏美合作计划,领导 发明 号航天站设计者科脑博士(约翰·利特高 饰)和HAL9000电脑的首创 人钱德拉博士(鲍勃·巴拉班 饰)登录木星四周 的苏联航空站,与苏联宇航员卡布珂(海伦·米伦 饰)等合作,空中接轨美国发明 号航天站,观察 九年前的事故原因,探索木卫二的神秘黑石,并查明宇航员大卫·伯曼(科尔·杜利 饰)缘何神秘失踪然而任务执行尚未过半,美苏关系愈发紧张,战争一触即发;与此同时,大卫·伯曼竟突然现身对弗洛伊德博士发入迷 秘警告。