一块大黑石树立在史前人类的面前，他们刚刚开始认识工具，进入到进化的里程碑。同样的黑石还在宇宙多处出现，它们矗立在月球上，漂浮在太空中，带着某种神秘的寓意.现在的时间是2001年，为了寻找黑石的根源，人类开展一项木星登陆计划。飞船上有冬眠的三名宇航员，大卫船长、富兰克飞行员，还有一部叫“HAL9000”的高智能电脑......

美国空军将领杰克•瑞怀疑“腐朽思想”正在毒害“正直善良”的美国人民，他于是下令携带核弹头的飞行部队前往苏联，对敌人进行毁灭性的核打击。苏联方面得知此事，立即致电美国总统墨尔金•马夫雷（彼得·塞勒斯 饰），并威胁如若领土遭到攻击，苏联将不惜一切代价按下“世界末日装置”。该装置的威力足以摧毁地球上所有的生命。一场有关全人类乃至整个地球命运的战争就这样悄然且荒诞地拉开了序幕……