Simone与其说本片是一部科幻片，不如说是一部政治悬疑片，剧情与原著改变巨大，到最后也没有交待大卫的惊呼”上帝啊，这里全是星星“的意义。故事内容也没涉及太多的科技知识，许多地方也没有科学根据，而且大多时间都在讨论政治。
影片开始讲述：
公元1999年，美国人在月球上地点宁静海发现了一块来源与成份都不明的长方形石板（长宽高比例为1：4：9，分别为1，2，3的平方。被命名：太古石碑）石板向木星方向发出了一道讯息，原因不明。
公元2001年，美国发现者号飞船指挥官大卫鲍曼带队（美国独立考察队）考察木星卫星（木卫一 艾奥 '木卫二欧罗巴)，发现者号飞船的智能电脑哈尔9000不知什么原因，杀死了除指挥官大卫鲍曼的所有乘员（大卫及时关闭了哈尔才得一幸免）。后来大卫在木卫一（艾奥）与木星中心点间发现了一块同月球上的石板比例一样，但更巨大的石板（长度有2000米）。在其去查看时不知所踪，唯一留言是“上帝啊，这里全是星星……”发现者号飞船滞留在木卫一（艾奥）轨道，状况不明。
公元2010年，美国与苏联间冷战不断，不断进行军备竞赛，两国关系紧张。这时苏联的奥洛夫号飞船先于美国第二艘正在制造中的飞船完工，准备探索木星，为了避免美国前车之鉴，邀请佛罗伊德博士及哈尔9000的设计者等人作为观察员参加这次探险（美国也是为了能搞清上次的事件并回收发现者号飞船）。
飞船准时出发并掠过木卫二(欧罗巴)，在对欧罗巴的无人探测时，发现上面存在有机物（叶绿素），当准备进一步探测时，探测器被一道闪光击溃，飞船也远离了欧罗巴。由于两国的政治关系，所有人都未进行更深入的探查……
经历了一场危险的“空气刹车”后，苏联奥洛夫号飞船终于靠近了美国的发现者号飞船，佛罗伊德等人进行太空行走，登上了发现者号飞船，重启了哈尔9000，恢复机能的发现者号飞船与苏联奥洛夫号飞船实现了对接。在检查进程中，发现电脑哈尔9000被美国政府秘密植入的瞎拦保密指令与哈尔9000的原设定发生了冲突，导致故障，哈尔9000杀死了发现者号飞船上的一批航天员。但是却找不到关于指挥官大卫的信息，大卫出外探查时到底看到了什么，回到飞船上没有，一切谜都指向了木卫一与木星间的石板……
下一步是对石板进行探测，石板的构造超出了人类的想像，调查无果，还失去了一名苏联队员。此时，通过与地球通讯得知，苏联与美国彻底决裂，并要求双方都回到自己飞船，并不能互相通信，否则视为通敌或叛国，无奈之下，佛罗伊德等美国乘员只能回到美国的发现者号飞船上。在设定好了的28天左右后启程返回地球程序之际，佛罗伊德博士突然收到了原发现者号飞船指挥官大卫的信息，警告他们两天内必须离开木星轨道返回地球，否则会有危险，并在佛罗伊德博士面前显示了一些异化特征！怎么办？如果要两天内启程返航，因为地球的运动轨道较远，两国飞船所剩燃料都将不能到达地球，如果不能在两天内启程离开木星轨道，又有生命危险？在此危难之际，苏联与美国的宇航员们再度合作，打算以美国发现者号飞船作为发射器，苏联奥洛夫号飞船作为返回器，联合完成发射返回地球。
正当在紧张布置返航时，木星表面发生了异变，大量石板正逐渐吞噬木星，千钧一发之际飞船顺利发射，木星也发生了大爆炸，变成了太阳！2010年在地球上仰望天空，可以看到两个太阳。
在发现有机体的木卫二欧罗巴卫星上没颤，由于木星的照耀，上面呈现一片生机，而且还有一块石板.....整个影片枯神败至此结束。带给人们无限暇想......
