Akcja opowieści rozpoczyna się niemal dziesięć lat po wydarzeniach 2001: Odysei kosmicznej. W celu odzyskania danych, jakie zebrał statek kosmiczny Discovery, a także ustalenia przyczyn usterki komputera pokładowego HAL 9000, wyrusza na Jowisza dowodzony przez Rosjan pojazd kosmiczny Leonow, na którego pokładzie znajdują się również naukowcy amerykańscy. U celu podróży czeka ich spotkanie z Monolitem, będącym wytworem pozaziemskiej inteligencji. Czy przedstawiciele wciąż podzielonej na rywalizujące ze sobą nacje ludzkości zdołają rozwikłać zagadkę tragedii Discovery, przyczynę psychozy HAL-a, a także zniknięcia dowódcy statku, Davida Bowmana oraz natury tajemniczego Monolitu?