《2001太空漫游》后9年，前國家航天委員會主任弗洛伊德博士（羅伊·謝德飾）接受蘇美合作計劃，帶領發現號航天站設計者科腦博士（約翰·利思戈飾）和HAL9000電腦的創始人錢德拉博士（鮑勃·巴拉班飾）登錄木星附近的蘇聯航空站，與蘇聯宇航員卡布珂（海倫·米倫飾）等合作，空中接軌美國發現號航天站。團隊通過修復HAL9000系統故障并分析數據，逐步揭示九年前的事故真相——電腦因被賦予雙重任務指令產生邏輯矛盾而失控。在聯合探索木衛二神秘黑石的過程中，失蹤多年的宇航員大衛·伯曼（凱爾·杜拉飾）突然以非實體形態現身，通過黑石向人類傳遞"木衛二將在四天內發生劇變"的警告。隨著美蘇關系因國際局勢惡化瀕臨戰爭邊緣，科學團隊發現黑石實為外星文明裝置，其能量正引發木衛二核心聚變反應。最終在大衛指引下，人類及時撤離并觀測到木衛二爆炸形成新恒星"路西法"，這場宇宙奇觀迫使地球各國暫停對抗。影片改編自亞瑟·克拉克的小說《2010太空漫游》，獲第59屆奧斯卡最佳藝術指導—布景等五項提名。