Planeet Maa, pleistotseen, ekvatoriaal-Aafrika savannid.
Väike Pithecanthropus hõim on väljasuremise äärel. Loodus ei varjanud neid võimsate käppade, teravate küüniste ega kiirete jalgadega, vaid nende silmis vilksatasid teadvuse pilgud. Tõenäoliselt köitsid need väga omadused mõne kõrgelt arenenud maavälise tsivilisatsiooni tähelepanu, mis kasvatab mõistuse seemneid hoolikalt kõikjal, kus neid leidub. Pithecanthropus saab suurejoonelises kosmosekatses eksperimentaalseks.
Ühel õhtul ilmub jõeorgu täiesti läbipaistvast materjalist plokk. Videviku ajal, kui hõim koobaste juurde naaseb, teeb ebaharilik kivi äkki kummalise vibreeriva heli, mis meelitab Pithecanthropus nagu magnet. Paksunevas pimeduses elavneb kristall, hakkab hõõguma, selle sügavusse ilmuvad veidrad joonistused. Lummatud Pithecanthropus ei tea, et nendel hetkedel uurib aparaat nende aju, hindab nende võimeid, ennustab võimalikke arengusuundi. Kristall kutsub endamisi ühte või teist, ja nad teevad lisaks oma tahtele ka uusi liikumisi: ulakad sõrmed seovad Maal esimese sõlme kinni, juht korjab enda kätte kivi ja proovib lüüa sihtmärgi. Tunnid jätkuvad igal õhtul. Aasta jooksul muutub hõimu elu tundmatuseni - nüüd saab Pithecanthropus kasutada lihtsate tööriistade komplekti, jahti pidada suuri loomi. Kiskjate igavene nälg ja hirm taanduvad minevikku, mõtete ja kujutlusvõime jaoks on aega. Salapärane monoliit kaob sama järsku, kui see ilmus. Tema missioon on täidetud - intelligentsusega õnnistatud loom on Maale ilmunud.
XXI sajand Ameerika teadlased leiavad inimkonnast juba asustatud kuult esimesed ümberlükkamatud tõendid maavälise tsivilisatsiooni olemasolu kohta.
Nagu avastas kiirelt Kuule kutsutud astronautika riikliku nõukogu esimees, on magnetiline tutvumine tuvastanud Tycho kraatri läheduses asuva magnetvälja võimsa moonutuse ning anomaalia keskel toimunud väljakaevamised on kuue meetri sügavusel Maale tundmatutest leidnud ideaalproportsioonide rööptahu. Kõige hämmastavam selle leiu juures on selle vanus: geoloogiline analüüs viitab sellele, et monoliit maeti siia umbes kolm miljonit aastat tagasi.
Kui kuuvalgus koitma hakkab ja must monoliit pärast kolme miljoni aasta pikkust vangistust esimest korda päikesekiirte tabab, kuuleb ümberringi seisvate inimeste peakomplektides läbistavat elektroonilist nuttu. Seda signaali tuvastavad kosmosemonitorid ja sondid ning keskne arvuti järeldab pärast teabe töötlemist: suunatud energiaimpulss, mis on ilmselgelt kunstliku päritoluga, tormas Kuu pinnalt Saturni suunas.
Seda kõike teavad ainult käputäis inimesi, sest šoki tagajärjed, mida inimkond paratamatult peab taluma, on ettearvamatud.
Planeedidevaheline ruum. Kosmoselaev Discovery. Lennu esimesed kuud mööduvad rahulikult rahulikult. Kaks ärkvel olnud meeskonnaliiget - Frank Poole ja David Bowman - valvavad iga päev. Kolm teist on sukeldatud kunstlikku hüpotermilisse unistusse, millest nad ärkavad alles siis, kui avastus Saturnuse orbiidile siseneb. Ainult need kolm on teadlikud ekspeditsiooni tegelikust eesmärgist - võimalikust kokkupuutest maavälise tsivilisatsiooniga, samas peavad Poole ja Bowman normaalse uurimisreisi lendamist. Need, kes ekspeditsiooni ette valmistasid, otsustasid, et see on vajalik rahva julgeoleku ja huvide kaitseks.
Tegelikult ei kontrolli laeva mitte inimesed, vaid kuues meeskonnaliige Eal - aju ja närvisüsteemi Discovery, heuristiliselt programmeeritud algoritmiline arvuti. Inimese aju arengule sarnase protsessi käigus loodud Eali võib õigustatult nimetada tõeliselt mõtlevaks masinaks ja see räägib inimestele tõelises, kujundlikus inimkeeles. EALi kõik võimalused on suunatud ekspeditsiooni antud programmi täitmisele, kuid eesmärgi ja vajaduse varjata seda kaasinimeste vahel vastuolu hävitab järk-järgult tema “psüühika” terviklikkuse. Masin hakkab vigu tegema ja lõpuks saabub kriis: kuuldes, kuidas astronaudid räägivad Maaga EAL-i väljalülitamise vajalikkusest ja keskuse juhtimisse üleandmisest, teeb ta ainsa võimaliku otsuse: vabaneda inimestest ja viia ekspeditsioon iseseisvalt läbi. Ta jäljendab antenniõnnetust ja kui Frank Pool läheb kosmosesse, et plokki asendada, tapab EAL ta: täiskiirusel joakapsel-joogiklaev lendab astronaudile. Ja järgmisel hetkel näeb uimastatud Bowman ekraanil, et paat väljub laevast, lohistades surnud sõbra keha koos sellega turvakaablile. Esimene inimestest läheb Saturnisse.
Bowman üritab üht magavat inimest äratada, kuid ta kuuleb heli, mis paneb ta südame külmaks minema: välimise luugi uksed avanevad ja laevalt õhk tormab kosmose kuristikku. Tal õnnestub põgeneda hädaabikambris, panna selga kosmoseülikond ja lahti ühendada elektroonilise aju kõrgemad keskpunktid. Ta jääb Maast miljonite kilomeetrite kaugusel üksi. Kuid laeva mootorid ja navigatsioonisüsteemid on heas seisukorras, side maaga on taastatud ja hapniku hädaabivarustus kestab mitu kuud. Ekspeditsioon jätkub ja Bowman, kes on nüüd teada oma lõppeesmärgist, jõuab hiiglasliku surnud Saturni. Talle kästi alustada süsteemi uurimist Saturni Iapetuse kaheksandalt satelliidilt. Kogu Iapetus ilma atmosfäärita on pind must, meenutades puusüsi - välja arvatud silmatorkavalt korrapärase ovaalse kujuga valge platoo, mille keskel on must märk, mis osutub täpselt samasuguseks mustaks monoliitiks nagu Kuu, ainult hiiglaslikud suurused.
Kolm miljonit aastat tagasi alustatud eksperiment on lõppenud. Iapetus asuva monoliidi - Tähevärava valvuri - paigaldasid samad olendid, kes polnud sugugi sarnased inimestega, kes saatsid Maale salapärase kristalli ja matsid Kuule musta klotsi. Nende jõupingutused ei olnud asjatud: Maa andis tõepoolest mõistuse, mis jõudis teistele planeetidele, ja Iapetile uudiseid saatnud kuu monoliidi signaal oli selle kinnituseks.
David Bowman otsustab istuda Iapetusel kapslis ja tema lähenemine äratab Stargate'is sisalduvad jõud. Musta monoliidi ülemine külg läheb järsku sügavale, kapsel hakkab langema põhjatu võlli. See avas Tähevärava.
Aeg peatub - kell lõpetab sekundite loendamise -, kuid taju ja teadvus töötavad edasi. Bowman näeb "miini" musti seinu ja keskmest laiali sirguvate arvukate tähtede valendikku. Ta mõistab, et aja ja ruumiga juhtub midagi, mis pole tema arusaamisele ligipääsmatu, kuid ei tunne hirmu, tundes, et ta on lõpmatult võimsa meele kaitse all. Lõpuks leiab ta end Maast sadade valgusaasta kaugusel. Kapsel püüdleb hiiglasliku punase tähe poole leegi piirkonda, kuid kui teekond lõpeb, arvab Bowman, et ta on hull - ta on tavalises maises hotellis. Alles mõne aja pärast mõistab ta, et see kõik on kaunistus, mille võõrustajad kahe aasta eest telefilmis külalisele tegid. Bowman läheb magama ja jääb magama - viimast korda oma elus. See sulandub kosmilise meelega, kaotades füüsilise keha, omandab mõtte abil võime liikuda ajas ja ruumis ning päästab koduplaneedi eelseisvast tuumakatastroofist.
