《2001太空漫遊》後9年，前國家航天委員會主任弗洛伊德博士（羅伊•謝德 Roy Scheider 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 John Lithgow 飾）和HAL9000電腦的創始人錢德拉博士（鮑勃•巴拉班 Bob Balaban 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 Helen Mirren 飾）等合作，空中接軌美國發現號航天站，調查九年前的事故原因，探索木衛二的神秘黑石，並查明宇航員大衛•伯曼（凱爾•杜拉 Keir Dullea 飾）緣何神秘失蹤。然而任務執行尚未過半，美蘇關係愈發緊張，戰爭一觸即發；與此同時，大衛•伯曼竟突然現身對弗洛伊德博士發出神秘警告。 本片改編自亞瑟•克拉克的小說《2010太空漫遊》，獲第59界奧斯卡最佳藝術指導—布景，最佳服裝設計，最佳視覺效果，最佳化妝和最佳聲效五項提名。