Pianeta Terra, Pleistocene, savane dell'Africa equatoriale.
Una piccola tribù di Pithecanthropus è sull'orlo dell'estinzione. La natura non li dotò di potenti zanne, né artigli affilati, né gambe veloci, ma barlumi di coscienza brillarono nei loro occhi. Sono probabilmente queste qualità che hanno attirato l'attenzione di una civiltà extraterrestre altamente sviluppata, che coltiva attentamente i semi della Mente ovunque possano essere trovati. Pithecanthropus diventa sperimentale in un grande esperimento spaziale.
Una notte un blocco di materiale completamente trasparente appare in una valle del fiume. Al crepuscolo, quando la tribù ritorna alle grotte, un'insolita pietra emette improvvisamente uno strano suono vibrante che attira il Pitecantropo come un magnete. Nell'oscurità sempre più fitta, il cristallo prende vita, inizia a brillare, disegni bizzarri appaiono nelle sue profondità. Pithecanthropus incantato non sa che durante questi momenti il dispositivo esamina il loro cervello, valuta le loro capacità, predice possibili direzioni di evoluzione. Il cristallo chiama se stesso l'uno o l'altro e, oltre alla loro volontà, fanno nuovi movimenti: le dita birichine fanno il primo nodo sulla Terra, il leader prende una pietra tra le mani e cerca di colpire il bersaglio. Le lezioni continuano ogni notte. Nel corso dell'anno, la vita della tribù cambia oltre il riconoscimento: ora Pithecanthropus può usare una serie di strumenti semplici, cacciare grandi animali. La fame eterna e la paura dei predatori si ritirano nel passato, c'è tempo per il lavoro del pensiero e dell'immaginazione. Il misterioso monolite scompare all'improvviso come è apparso. La sua missione è compiuta: un animale dotato di intelligenza è apparso sulla Terra.
XXI secolo Ricercatori americani trovano sulla luna, già abitata dall'umanità, la prima prova inconfutabile dell'esistenza di una civiltà extraterrestre.
Come scopre con urgenza il presidente del Consiglio nazionale di astronautica chiamato alla luna, la ricognizione magnetica ha rilevato una potente distorsione del campo magnetico in prossimità del cratere Tycho e gli scavi nel centro dell'anomalia hanno trovato un parallelepipedo di proporzioni ideali sconosciute sulla Terra di materia nera extra pesante a una profondità di sei metri. La cosa più sorprendente di questa scoperta è la sua epoca: l'analisi geologica suggerisce che il monolito fu sepolto qui circa tre milioni di anni fa.
Quando sorge la luce della luna e il monolito nero cattura un raggio di sole per la prima volta dopo tre milioni di anni di prigionia, si sente un penetrante grido elettronico nelle cuffie delle persone intorno. Questo segnale viene rilevato da monitor e sonde spaziali e il computer centrale, dopo aver elaborato le informazioni, conclude: un impulso di energia diretto, ovviamente di origine artificiale, si precipitò dalla superficie della luna in direzione di Saturno.
Tutto ciò è noto solo a una manciata di persone, poiché le conseguenze dello shock che l'umanità dovrà inevitabilmente sopportare sono imprevedibili.
Spazio interplanetario. Nave spaziale scoperta. I primi mesi del volo passano in una calma serena. Due membri dell'equipaggio svegli, Frank Poole e David Bowman, sono di guardia tutti i giorni. Gli altri tre sono immersi in un sogno ipotermico artificiale, dal quale saranno risvegliati solo quando la Scoperta entra nell'orbita di Saturno. Solo queste tre persone conoscono il vero scopo della spedizione: un possibile contatto con la civiltà extraterrestre, mentre Poole e Bowman considerano il volo un normale viaggio di ricerca. Coloro che hanno preparato la spedizione hanno deciso che era necessario per la sicurezza e gli interessi della nazione.
In effetti, la nave non è controllata dalle persone, ma dal sesto membro dell'equipaggio, Eal, il cervello e il sistema nervoso Discovery, un computer algoritmico programmato euristicamente. Eal creato attraverso un processo simile allo sviluppo del cervello umano può giustamente essere definito una macchina pensante e parla alle persone in un linguaggio umano reale e figurato. Tutte le capacità dell'EAL sono mirate a soddisfare il programma dato della spedizione, ma la contraddizione tra l'obiettivo e la necessità di nasconderlo dai compagni umani sta gradualmente distruggendo l'integrità della sua "psiche". La macchina inizia a commettere errori e alla fine inizia una crisi: sentendo gli astronauti parlare con la Terra della necessità di spegnere l'EAL e trasferire il controllo al Centro, prende l'unica decisione possibile: sbarazzarsi delle persone e completare la spedizione da solo. Imita un incidente con l'antenna e quando Frank Pool va nello spazio esterno per sostituire il blocco, l'EAL lo uccide: un gommone a capsula a tutta velocità vola verso l'astronauta. E il momento successivo, lo sbalordito Bowman vede sullo schermo che la barca sta lasciando la nave, trascinando con sé il corpo di un amico defunto sul cavo di sicurezza. Frank Poole il primo del popolo andrà a Saturno.
Bowman sta cercando di svegliare una delle persone addormentate, ma sente un suono che gli fa raffreddare il cuore: le porte del portello esterno si aprono e l'aria della nave precipita nell'abisso dello spazio. Riesce a fuggire in una camera di emergenza, indossa una tuta spaziale e disconnette i centri superiori del cervello elettronico. Rimane solo a milioni di chilometri dalla Terra. Ma i motori e i sistemi di navigazione della nave sono in buone condizioni, le comunicazioni con la Terra sono state ripristinate e la fornitura di ossigeno di emergenza durerà per mesi. La spedizione continua e Bowman, che ora è a conoscenza del suo obiettivo finale, raggiunge il gigante morto Saturno. Gli fu ordinato di iniziare il rilevamento del sistema dall'ottavo satellite di Saturno, Iapetus. L'intera superficie di Iapetus, priva di atmosfera, è nera, che ricorda la struttura del carbone - ad eccezione di un altopiano bianco di una forma ovale sorprendentemente regolare con un segno nero al centro, che risulta essere esattamente lo stesso monolite nero su La luna, solo dimensioni gigantesche.
L'esperimento, iniziato tre milioni di anni fa, è terminato. Il monolito di Iapeto - il Guardiano dello Stargate - fu installato dalle stesse creature, che non erano affatto simili agli umani, che inviarono un misterioso cristallo sulla Terra e seppellirono un blocco nero sulla Luna. I loro sforzi non furono vani: la Terra diede veramente origine alla Ragione, in grado di raggiungere altri pianeti, e il segnale del monolito lunare, che mandò notizie a Iapet, ne era la conferma.
David Bowman decide di sedersi su Iapetus in una capsula e il suo approccio risveglia le forze contenute in Stargate. La faccia superiore del monolite nero diventa improvvisamente più profonda, la capsula inizia a cadere nel pozzo senza fondo. Questo ha aperto lo Stargate.
Il tempo si ferma - l'orologio smette di contare i secondi - ma la percezione e la coscienza continuano a funzionare. Bowman vede le pareti nere della "mia", e nel lume di una miriade di stelle che "si disperdono" dal centro. Si rende conto che con il tempo e lo spazio sta accadendo qualcosa che è inaccessibile alla sua comprensione, ma non sente paura, sentendo di essere sotto la protezione di una Mente infinitamente potente. Alla fine, è a centinaia di anni luce dalla Terra. La capsula cerca una gigantesca stella rossa, nel regno della fiamma, ma quando il viaggio finisce, Bowman pensa di essere pazzo - si trova in un normale hotel terrestre. Solo dopo qualche tempo, si rende conto che tutto questo è una decorazione fatta dagli ospiti per l'ospite sul film televisivo due anni fa. Bowman va a letto e si addormenta - per l'ultima volta nella sua vita. Si fonde con la mente cosmica, perdendo il corpo fisico, acquisisce la capacità di muoversi nel tempo e nello spazio con l'aiuto del pensiero e salva il pianeta natale da un disastro nucleare imminente.
