La prehistoria. Un grupo de simios lucha contra un clan rival por un estanque de agua en medio del desierto. Una noche, un monolito negro aparece junto a su campamento. Poco después, los simios aprenden a utilizar armas improvisadas para reclamar la posesión del estanque.
Año 2001. El doctor Heywood Floyd se dirige hacia la Luna, haciendo escala en una estación orbital. Al llegar, se dirige junto con el doctor Halvorsen al cráter Tycho, donde se ha detectado y desenterrado otro monolito negro que, al ser explorado, emite una fuerte señal hacia el lejano planeta Júpiter.