Planet Zemlja, pleistocen, savane ekvatorialne Afrike.

Majhno pleme Pithecanthropus je na robu izumrtja. Narava jih ni obdarila z močnimi očmi, niti z ostrimi kremplji, niti s hitrimi nogami, vendar so v njihovih očeh utripali utrinki zavesti. Verjetno so te lastnosti pritegnile pozornost neke visoko razvite nezemeljske civilizacije, ki skrbno goji seme uma, kjer koli jih je mogoče najti. Pithecanthropus postanejo eksperimentalni v velikem vesoljskem poskusu.

Neke noči se v dolini reke pojavi blok popolnoma prosojnega materiala. Ob mraku, ko se pleme vrne v jame, nenavaden kamen nenadoma naredi čuden vibrirajoč zvok, ki privlači Pithecanthropusa kot magnet. V zgoščevalni temi kristal zaživi, ​​začne žareti, v njegovih globinah se pojavljajo bizarne risbe. Očarani Pithecanthropus ne vedo, da naprava v teh trenutkih pregleda njihove možgane, oceni njihove sposobnosti, napove morebitne smeri razvoja. Kristal kliče k sebi enega ali drugega in ti poleg svoje volje naredijo nove gibe: poredni prsti zavežejo prvi vozel na Zemlji, vodja pobere kamen v roke in poskuša zadeti tarčo. Lekcije se nadaljujejo vsako noč. Z letom se življenje plemena spremeni do prepoznavnosti - zdaj lahko Pithecanthropus uporablja niz preprostih orodij, lovi velike živali. Večna lakota in strah pred plenilci se umikata v preteklost, čas je za delo misli in domišljije. Skrivnostni monolit izgine tako nenadoma, kot se je pojavil. Njegova naloga je uresničena - na Zemlji se je pojavila žival, obdarjena z inteligenco.

XXI stoletje Ameriški raziskovalci na Luni, ki jo je človeštvo že naselilo, najdejo prve neutemeljene dokaze o obstoju nezemeljske civilizacije.

Kot je predsednik nacionalnega sveta za astronavtiko nujno pozval na Luno, je magnetna izvidnica zaznala močno izkrivljanje magnetnega polja v bližini kraterja Tycho, izkopi v središču anomalije pa so našli globino šestih metrov na paralelepipedu idealnih razmerij od neznane na Zemlji. Najbolj presenetljiva je ta starost: geološke analize kažejo, da je bil monolit tu pokopan pred približno tremi milijoni let.

Ko luna zasije in črni monolit prvič po treh milijonih letih zapora ujame sončni žarek, se v slušalkah ljudi okoli njega sliši prodorni elektronski krik. Ta signal zaznajo vesoljski monitorji in sonde, osrednji računalnik pa po obdelavi informacij sklepa: usmerjeni energijski impulz, očitno umetnega izvora, je odhitel s površine Lune v smeri proti Saturnu.

Vse to je znano le peščici, saj so posledice šoka, ki ga bo človeštvo neizogibno moralo preživeti, nepredvidljive.

Medplanetarni prostor. Discovery Spaceship. Prvi meseci leta minevajo v vedri mirnosti. Dva budna člana posadke - Frank Poole in David Bowman - sta vsak dan na straži. Ostali trije so potopljeni v umetno hipotermično sanje, iz katerega se bodo prebudili šele, ko Odkritje vstopi v orbito Saturna. Samo ti trije ljudje poznajo resnični namen ekspedicije - možen stik z nezemeljsko civilizacijo, medtem ko Poole in Bowman razmišljata o letenju kot običajno raziskovalno potovanje. Tisti, ki so pripravili ekspedicijo, so presodili, da je to potrebno za varnost in interese naroda.

V resnici ladje ne nadzirajo ljudje, temveč šesti član posadke, Eal - možgani in živčni sistem Discovery, hevristično programiran algoritmični računalnik. Eal, ustvarjen s postopkom, ki je podoben razvoju človeških možganov, se lahko upravičeno imenuje resnično razmišljajoč stroj in z ljudmi govori v resničnem, figurativnem človeškem jeziku. Vse zmožnosti EAL so usmerjene v izpolnitev danega programa odprave, vendar nasprotje med ciljem in potrebo po njegovem skrivanju pred sočloveki postopoma uničuje celovitost njegove "psihe". Stroj začne delati napake in končno nastopi kriza: ko se astronavti pogovarjajo z Zemljo o tem, da je treba izklopiti EAL in prenesti nadzor na Center, sprejme edino možno odločitev: znebiti se ljudi in dokončati odpravo sam. On posnema nesrečo z anteno in ko Frank Poole odide v vesolje, da bi zamenjal blok, ga EAL ubije: jet-kapsulski čoln s polno hitrostjo leti proti astronavtu. In naslednji trenutek omamljeni Bowman na zaslonu zagleda, da čoln zapušča ladjo in vleče truplo pokojnega prijatelja skupaj z njim na varnostni kabel. Frank Poole bo prvi odšel v Saturn.

Bowman poskuša zbuditi enega od uspavanih ljudi, vendar sliši zvok, zaradi katerega se njegovo srce prehladi: vrata zunanje lopute se odprejo in zrak z ladje se vdre v brezno vesolja. Uspelo mu je pobegniti v zasilno komoro, si nadel obleko in odklopil višje centre elektronskih možganov. V milijonih kilometrov od Zemlje ostane sam. Toda ladijski motorji in navigacijski sistemi so v dobrem stanju, zveza z Zemljo je bila obnovljena in nujna oskrba s kisikom bo trajala mesece. Odprava se nadaljuje in Bowman, ki se zdaj zaveda svojega končnega cilja, doseže velikanskega mrtvega Saturna. Naročeno mu je bilo, da začne pregledovati sistem z osmega satelita Saturna v Iapetusu. Celotna površina Iapeta, brez atmosfere, je črna, v strukturi spominja na oglje - razen bele planote izrazito pravilne ovalne oblike s črno oznako v središču, ki se izkaže za popolnoma enak črni monolit kot na Luna, le velikanske velikosti.

Eksperiment, ki se je začel pred tremi milijoni let, se je končal. Monolit v Iapetusu - čuvaju zvezdnih vrat - so postavila ista bitja, ki sploh niso bila podobna ljudem, ki so na Zemljo poslala skrivnostni kristal in zakopala črni blok na Luno. Njihova prizadevanja niso bila zaman: Zemlja je zares povzročila Razum, ki je bil sposoben doseči druge planete, in signal lunarnega monolita, ki je pošiljal novice v Iapet, je bil potrditev tega.

David Bowman se odloči sedeti na Iapetusu v kapsuli in njen pristop prebudi sile, ki jih vsebujejo Stargate. Zgornji del črnega monolita nenadoma sega globlje, kapsula začne padati v brezdalno gred. To je odprlo Zvezdna vrata.

Čas se ustavi - ura preneha šteti sekunde - toda zaznavanje in zavest še naprej delujeta. Bowman vidi črne stene "rudnika" in v lumu množice zvezd, ki se "raztresejo" iz središča. Zaveda se, da se s časom in prostorom dogaja nekaj, kar je nedostopno za njegovo razumevanje, vendar ne čuti strahu, saj čuti, da je pod zaščito neskončno močnega Razuma. Na koncu se znajde na stotine svetlobnih let od Zemlje. Kapsula stremi k velikanski rdeči zvezdi, v kraljestvo, ko pa se potovanje konča, Bowman misli, da je nor - v običajnem zemeljskem hotelu. Šele čez nekaj časa spozna, da je vse to okras, ki so ga gostitelji naredili za gosta na televizijskem filmu pred dvema letoma. Bowman gre v posteljo in zaspi - še zadnjič v življenju. Spoji se s kozmičnim umom, izgubi fizično telo, s pomočjo misli pridobi sposobnost gibanja v času in prostoru ter domači planet reši pred bližnjo jedrsko katastrofo.