인류에게 문명의 지혜를 가르쳐 준 검은 돌기둥의 정체를 밝히기 위해서 디스커버리호의 선장 보우만과 승무원 풀은 목성을 향해서 날아간다. 하지만 평온하던 디스커버리호에 갑자기 재난이 찾아온다. 우주선 내부에서 일어난 재난은 컴퓨터 HAL이 반란을 일으킨 것. HAL은 풀을 우주선 밖으로 던져버리고, 보우만까지도 모선 밖으로 끌어내지만 그는 필사의 노력으로 HAL을 제압한다. 보우만은 마침내 목성 궤도에서 문제의 검은 돌기둥을 발견하지만, 그 순간 우주의 급류에 휘말리게 된다. 보우만은 지구로의 귀환을 위해 노력하고, 신비한 시간의 흐름을 경험하는데...

엉뚱한 판단으로 운좋게 사건을 해결해가는 비밀요원 딕스 대령. 달기지 베이건의 '인간-외계인부'의 행정관인 미모의 카산트라 미나지 양을 만나, 현재 백악관에 있는 대통령이 진짜 대통령이 아니라는 사실을 알게된다. 진짜 대통령은 달기지에 감금되어있고, 현재 대통령 행세를 하고 있는 사람은 대통령의 복제인간인 것. 대통령을 구출하는 임무를 맡게된 딕스 대령은 달로 향한다. 달기지의 연구 책임관인 프랫 박사를 만난 딕스 대령은 그곳에서 수많은 복제실험이 행해지고 있음을 알게된다. 프랫 박사의 방을 뒤져 달기기 설계도를 찾아내 대통령이 어디 있는지 알아내려던 딕스 대령은 아슬아슬하게 프랫 박사의 눈을 피해 도망치지만 결국 들켜서 프랫 박사의 협박을 받게된다. 하지만 딕스 대령의 설득으로 맘을 고쳐먹은 듯 보이는 프랫 박사에 의해 대통령을 쉽게 찾아 지구에 있는 가짜 대통령과 바꿔치기 하지만, 사실 이 모든 것이 거짓이었고, 진짜 대통령을 가짜와 바꾸는 일에 동참했다는 사실을 알게 되는데.