Film bestående af fire tematisk sammenhængende fortællinger. I forhistorisk tid ses en mystisk monolit, og menneskene opdager, hvordan man anvender våben. I det 21. århundrede opdager nogle videnskabsmænd et mystisk objekt på månen. Senere drager nogle astronauter afsted mod Jupiter i selskab med den intelligente computer HAL 9000. I den sidste sekvens møder den sidste overlevende astronaut en overnaturlig magt og oplever sin egen genfødelse