Na trzecim z księżyców Jowisza – Io znajduje się kopalnia konsorcjum Con-Am, wydobywa się w niej głównie tytan. Zapasy dostarcza raz na tydzień prom. Jest to jedyny, oprócz radiowego, kontakt z cywilizacją. Praca jest dobrze płatna, ale ciężka, kontrakt podpisuje się na rok. Personel placówki stanowi 2144 osób, 1250 to robotnicy. 714 pomoc, pozostałe 180 to administracja i ochrona. Od niedawna na czele ochrony stoi nowy szeryf O’Niel (Sean Connery).

Prawie 9 lat od nieszczęśliwej misji Discovery wiele pytań pozostało bez odpowiedzi. Co się stało z misją Discovery? Co się stało z Davidem Bowmanem? Czy i co ma z tym wspólnego tajemniczy monolit z orbity Jowisza? Amerykanie planują ponowny lot do Jowisza, być może uda im się odkryć odpowiedzi na powyższe pytania. Jednak zanim będą gotowi upłynie sporo wody w Potomacku. Tymczasem Rosjanie odkrywają, że orbita Discovery nie jest stabilna, i w przeciągu roku statek może roztrzaskać się o powierzchnię Io. Rosjanie - Dimitri Moisevitch (Dana Elcar), składają Amerykanom - Dr Heywood Floyd (Roy Scheider) propozycję „nie do odrzucenia”

Na przylądku Canaveral trwają przygotowania do startu nowej misji. Misja jest bardzo ważna, start statku ponownie gromadzi tłumy przed telewizorami. Celem misji jest pierwszy lot załogowy na Marsa. Ludzie wylądowali na Księżycu, tym razem mają stanąć na innej planecie. Załoga jest już w kokpicie, odliczanie trwa, nikt nie spodziewa się problemów. Nie wszystko jednak jest tak, jak być powinno…