Juba üheksa aastat on sellest möödas, kus USA kosmoselaev Discovery koos meeskonna ja pardaarvuti HAL9000-ga Jupiteri kuu Europa lähedal kadus. Nüüd asub üks vene kosmoselaev teele, et asja uurida. Ameeriklaste Discovery 2 on ehitamisel ja valmimiseni kulub mitu kuud. Esimese missiooni juht, Dr. Heywood Floyd (Roy Scheider), saab võimaluse venelastega koos lennata. Ka HAL9000 leiutaja Dr. Chandra (Bob Balaban) lendab kaasa, et saada teada, mis tema loodud arvutiga juhtus.

Europale jõudes ei leita mitte ainult kadunud Discovery, vaid ka must monoliit, sarnane sellele, mis leiti üheksa aastat varem. Samal ajal muutub olukord Maal Ameerika ja Venemaa vahel pingelisemaks, ning ähvardab kasvada Kolmandaks maailmasõjaks.