2037년 공해로 인해 오존층이 파괴되고 지상에서는 살 수 없는 환경이 만들어지게 됩니다. 일부 부유층은 인월드라고 불리우는 지하에서 가상 현실을 체험하며 살아 가게 되고, 그들은 드리머(꿈꾸는 자)로 불리우게 됩니다. 주인공인 주디는 모친과 함께 단둘이서 살고 있습니다. 그녀는 가족을 떠난 아버지를 그리워 하며 가상현실이 아닌 실제 세계로 나가고 싶어 합니다.
디스커버리호 사고로부터 9년이 지난 2010년. 사건 당시 계획 책임자였고 미국 우주 비행학회 의장을 지낸 플로이드 박사(Heywood Floyd: 로이 샤이더 분)는 냉전 상태에 있는 미국과 소련 정부를 설득해서 하나의 모험을 시도한다. 자신을 비롯 HAL올 만든 챈드러 박사(R. Chandra: 봅 바라반 분), 디스커버리호의 재생훈련을 받은 엔지니어 등 3명의 미국인이 목성탐사를 떠나는 소련의 우주선 네오노프호에 동승한다.긴장감이 흐르는 가운데 목성의 위성인 에우로버근처를 통과할 때 무인 탐사기가 생명체를 발견한 직후, 미지의 힘에의해 박살된다.
