Eine Russisch-Amerikanische Crew wird im Jahr 2010 zum Jupitermond Lo entsendet, um den bevorstehenden Weltkrieg auf der Erde entgegen zuwirken. Dort soll die Besatzung die von Dr. Heywood Flood (R. Scheider) geleitet wird, den geheimnisvollen Monolithen untersuchen, an dem bereits im Jahr 2001 die Discovery-Mission scheiterte. Bei der Begutachtung des Bordcomputers HAL 9000 auf der Discovery, muss man feststellen, dass diesem sein Fehlverhalten welches zum scheitern der ersten Mission führte, nicht bewusst ist. Unterdessen wird zu Hause auf der Erde Heywoods Frau Caroline (M. Smith) vom toten Dave Bowman (K. Dullea) besucht. Doch viel schlimmer ist für Dr. Flood, die Entdeckung des unglaublichen Ereignisses, dass gerade auf dem Jupitermond Lo beginnt…