Aux temps préhistoriques, une petite tribu d’hommes-singes intallée au milieu de rochers arides lutte difficilement pour la vie. Un matin, ils trouvent devant eux une mystérieuse dalle noire monolitique. L’un des singes touche la pierre et apprend alors à se servir d’un os de quadrupède pour tuer ses ennemis... Quatre millions d’années plus tard, en 2001, un savant de l’espace, le Dr Heywood Floyd, débarque sur la lune pour examiner une dalle noire semblable à celle des singes, qui était entérrée sous la surface de l’astre, selon les premières observations, l'objet émettrait un signal mystérieux...
Dans un futur proche, face à une Terre exsangue, un groupe d'explorateurs utilise un vaisseau interstellaire pour franchir un trou de ver permettant de parcourir des distances jusque-là infranchissables. Leur but : trouver un nouveau foyer pour l'humanité.
L'ingénieure Ryan Stone a été choisie pour une mission dans l'espace. Elle fait le voyage avec l'astronaute chevronné Matt Kowalsky qui entreprend son dernier vol avant la retraite. Alors qu'ils font des travaux à l'extérieur de la navette, une pluie de débris les surprend et détruit tout sur son passage. Bientôt, le docteur Stone et l'astronaute Kowalsky flottent dans le vide et n'ont plus aucun contact avec la NASA. Malgré la panique qui l'habite, Stone écoute attentivement les instructions de son acolyte. Pour survivre, les deux humains en pénurie d'oxygène doivent s'enfoncer dans la noirceur afin de rejoindre une station spatiale d'où ils pourraient peut-être communiquer avec la Terre.
Egaré dans l'espace-temps, un engin spatial américain s'écrase en 3978 sur une planète inconnue. Les astronautes Taylor, Landon et Dodge découvrent que les hommes primitifs de cette planète mystérieuse sont placés sous le joug de singes très évolués...
Répondant à l'appel de détresse lancé par son ami Giberian, le commandant du Prométhée, une station spatiale gravitant autour de la planète Solaris, le docteur Chris Kelvin décide de se rendre à son bord. Une fois sur place, il découvre que Giberian s'est suicidé et que les deux autres scientifiques présentent des signes aigus de stress et de paranoïa. Chris mène alors des recherches sur le comportement pour le moins étrange des rescapés. Lui-même sera victime d'une force mystérieuse qui le mettra en présence de Rheya, celle qu'il a aimée autrefois et qui a mis fin à ses jours.
L'astronaute Brent est envoyé au secours de Taylor, mais s'écrase à son tour sur la "planète des singes". Cherchant à retrouver son compagnon avec l'aide de Nova, il suit sa trace jusque dans la "zone interdite" où il découvre une société de mutants humains télépathes.
À bord de la station spatiale internationale, une équipe multidisciplinaire récupère des prélèvements effectués sur la planète Mars. D'abord réjoui de la découverte d'un organisme unicellulaire vivant, l’équipage désenchante très rapidement lorsque leurs méthodes de recherche provoquent des conséquences inattendues.
Un astéroïde percute la Lune. L'orbite de cette dernière est déviée et se dirige vers la Terre. Une équipe d'astronautes, composée entre autres de l'administratrice de la NASA et d'un génie scientifique, se rend sur l'astre afin de sauver la planète. Mais sur place, ils devront faire face à une force inconnue qui pourrait bien changer notre vision de l'Univers.
Alors qu’une énorme tempête menace leur intégrité physique, les astronautes d’une mission d’étude sur Mars doivent évacuer la planète dans les meilleurs délais. Au cours de l’opération, le botaniste Mark Watney, frappé par des débris d’antenne, est abandonné par le reste de l’équipe qui le croit mort. Cependant, l’homme blessé reprend ses esprits quelques heures plus tard et parvient à regagner difficilement les installations sécurisées. Mal en point, Watney réalise maintenant qu’il est seul, qu’il ne peut pour le moment contacter la Terre et qu’il devra puiser dans toutes ses ressources pour tenter de demeurer en vie.
Lors d'une mission de recherche, un astronaute découvre que son mariage est en difficulté. Heureusement, il a l'aide d'une mystérieuse créature cachée dans son vaisseau.
En 1961, Neil Armstrong fait son entrée dans le programme d'astronautes de la NASA. Brillant, cartésien et persévérant, il se démarque rapidement du groupe. Encouragés par les avancements des autres pays en matière aérospatiale, les États-Unis investissent beaucoup d?argent et d?énergie afin d?être les premiers à envoyer des hommes sur la lune. Neil Armstrong s'engage à fond dans cette tâche, laissant de côté sa famille et sa vie personnelle. En 1969, Armstrong, accompagné par Buzz Aldrin et Mike Collins, rejoint la mission Apollo 11 de la NASA qui doit le conduire sur la lune.
Un astéroïde se dirige vers la Terre à la vitesse de 35 000 kilomètres à l'heure. Harry S. Stamper, grand spécialiste du forage pétrolier, est recruté par le directeur de la NASA pour tenter de le détruire. Lui et son équipe de têtes brulées devront se poser sur l'astéroïde et placer en son cœur une charge nucléaire. Débute alors l'entraînement indispensable des astronautes et l'apprentissage des outils spatiaux...
Dans un avenir proche, à un moment où l'espoir et les difficultés poussent l'humanité à regarder vers les étoiles et au-delà. Alors qu'un mystérieux phénomène menace de détruire la vie sur la planète Terre, l'astronaute Roy McBride entreprend une mission à travers l'immensité de l'espace et ses nombreux périls pour découvrir la vérité sur une expédition perdue qui, des décennies auparavant, a affronté ardemment le vide et le silence à la recherche de l'inconnu.
Les tensions éclatent dans un avenir proche à bord de la Station spatiale internationale lorsqu'un conflit mondial éclate sur Terre. Bientôt, les astronautes américains et russes reçoivent chacun des ordres du sol : prendre le contrôle de la station par tous les moyens nécessaires.
Leo Biderman, quatorze ans, s'inscrit au club d'astronomie de son lycée. Il prend une photo du ciel étoilé à travers son téléscope et découvre une comète qui se dirige vers la Terre. Prévenu, le Président des États-Unis fait appel à un ancien astronaute, Spurgeon Tanner, qui est chargé de diriger une mission internationale à bord du vaisseau expérimental "Messiah". Ils doivent se poser sur la comète et tenter, par des charges nucléaires, de la dévier de sa trajectoire. Sur Terre, le cataclysme imminent suscite les réactions les plus extrêmes.
L'agent secret britannique James Bond 007 enquête sur la disparition d'une navette spatiale américaine, « Moonraker », confiée au gouvernement britannique. 007 se rend aux États-Unis pour interroger le responsable de la construction de la fusée, Sir Hugo Drax. Il y fait la rencontre de la charmante docteur Holly Goodhead et découvre que Drax est en fait le responsable de la disparition de la navette. Requin, son vieil ennemi de 2,18 mètres à la mâchoire d'acier, a été engagé par Drax pour tuer Bond. Ce dernier découvre rapidement le plan de Drax : détruire toute vie humaine sur Terre et y recréer un nouveau monde à l'image d'une "super-race" parfaite, dont les géniteurs ont été choisis par Drax et mis en sûreté dans sa station spatiale invisible. Requin, trahi par Drax, rejoint 007 avec sa nouvelle petite amie blonde de 1,5 m. Ensemble, 007, Holly et Requin sauvent le monde de la destruction, et Bond tue Drax, alors qu'il tentait de s'échapper.
Deux frères, Walter et Danny, découvrent une boîte magique contenant un jeu lié à l'espace appelé "Zathura". A peine ont-ils commencé à jouer qu'ils se retrouvent propulsés dans l'univers du jeu, peuplé de météorites, de pirates de l'espace et de robots machiavéliques. Pour s'en sortir et retourner chez eux, ils vont devoir mettre leur rivalité de côté et travailler en équipe.
Inspiré de l’histoire de l’ingénieur de vol de la NASA José Hernández, ce film suit ce dernier et sa famille immigrant depuis un village du Michoacán, au Mexique, jusqu’à la Station spatiale internationale à 300 km au-dessus de la Terre. Avec le soutien de sa famille, la détermination de José lui donne enfin la possibilité d’atteindre ce but à première vue irréalisable.
Après les premiers pas de l'homme sur la Lune, la NASA décide de poursuivre les vols habités. Jim Lovell qui, deux ans plus tôt, avait participé au vol Apollo 8, est choisi pour diriger la mission Apollo 13. Avec Fred Haise et Ken Mattingly, il suit un entraînement intensif. Une semaine avant le départ prévu, les médecins détectent chez Ken Mattingly des signes de rougeole. À contrecœur, Jim Lovell doit se résigner à le remplacer par Jack Swigert, insuffisamment préparé à son goût. Le jour du lancement, le 11 avril 1970, Apollo 13 décolle de Cap Kennedy, dans l'indifférence générale. Jusqu'au troisième jour, tout se passe bien.
Pendant que la Terre est en proie à la menace nucléaire, un équipage de Russes et d’Américains tente de retrouver l’astronef de 2001 et le secret de HAL, l’ordinateur homicide... L’événement majeur qu’a constitué la sortie de 2001 L’Odyssée de l’Espace avec la musique majestueuse de Strauss "Ainsi parlait Zarathoustra" se poursuit avec 2010.