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  此故事的背景是一个古老且未知的外星种族,利用巨大的黑石版(monolith)来研究宇宙的万物;如果可能的话,他们还想借此来促进有智慧的生命的演化(这块石板可能是Von Neumann probes但是关于这部分的解释在电影中被删去)。本书开始于三百万年前的古非洲,描述一群原始人类在面临粮食、水源等生存危机时,一个透明发亮的石板从夜空降临,以奇幻的声光效果教导了他们使用工具和猎食,并成功度过种种危机。  接着故事跳跃到了公元1999年,海伍德·佛洛伊德博士前往月球上的克拉维基地参加会议,科学家解释他们在第谷撞击坑发现了一个强磁场源,并挖掘出一块大石板,命名为第谷磁场异常一号(Tycho Magnetic Anomaly-One,TMA-1),或第谷石板。这直立的石板,尺寸分毫不差地是1:4:9,或1:2:3,结构异常坚固,完全光滑漆黑,且出土于三百万年老的地层,当时人类还没办法做出这种东西。这是第一个地球之外存在智能生物的证据。佛洛伊德和科学家团队驶去第谷陨石坑想亲眼目睹TMA-1。到达时,正巧三百万年来第一道曙光照射到大石板,他们瞬即听到了一阵震耳欲聋的尖锐声响。  接着跳到2001年的太空任务:发现号的土星任务。不过原先计划是去木星,因不明原因而改去土星。船上五人包括大卫·鲍曼、法兰克·普尔和处于人工冬眠的其他三人,这三人准备在接近土星时才唤醒。另外,船上有一台叫HAL 9000(哈儿)的人工智能电脑,它负责维持太空船的所有活动。  旅途中经过小行星带,他们飞掠并观察一颗小行星,之后有着一条条云带的木星便肉眼可见。经过木星是为了以它的重力来加速,以便更快、更省燃料来到达土星。他们曾靠近一颗卫星:欧罗巴,覆盖冰雪、唯有赤道露出一圈岩石。木星越来越接近,然后他们以极近的距离、极快的速度划过大气外层,并见到夜半球并非完全无光,而是有木星内部的热、穿过炫丽云带所透出的光。随后他们检视途中发射的探测器传回的影像:它进入木星大气,穿过厚实的云层后来到一个橘褐色世界,底下似乎是一片海洋,长长的波浪因为太遥远而似乎静止,而往地平线看去,云霭中耸立一座金字塔型的深色椎体,然后影像就中断了,因为强大的气压压毁了探测器。  前往土星途中,普尔收到来自他家庭的生日祝福。然后哈儿警告他太空船通信系统的AE-35组件将发生故障。普尔搭乘分离舱并换掉AE-35组件,尔后鲍曼对替换下来的AE-35组件测试,却发现没有任何错误。普尔和鲍曼发讯回地球,然后被告知哈儿有些不对劲,并下令将它关机。这些指示因通讯不良而被打断。然后哈儿告知他们AE-35组件发生故障。  普尔再次搭乘分离舱去带回损坏的AE-35组件。当他从分离舱下船、准备移除AE-35组件时,分离舱突然飞向他。他没办法及时逃开,就被撞击身亡,他的宇航服也被扯开。鲍曼对于普尔的死非常震惊也非常哀伤。他并不确定是否是哈儿杀了普尔,所以他决定唤醒其它三位冬眠的太空人。他和哈儿有段很长的争论,因为哈儿拒绝服从他的命令并认为鲍曼没有这种权力。  当鲍曼威胁哈儿要拔断它的电源时,哈儿变得温和且让他手动控制解除冬眠。当鲍曼开始唤醒他的同事时,哈儿突然打开船舱,放出大气,船内的气压急骤下降。鲍曼赶紧逃近一个密闭的紧急房间,里面有与外隔绝的氧气供给设备和宇航服。他穿上了宇航服再回到太空船,发现哈儿杀害了三位冬眠的太空人。于是他赶到控制室用尽全力拔除哈儿的芯片——他现在知道它是凶手了。鲍曼把太空船驶回原定路线并动手重新建立和地球的联络。鲍曼这才知道他们任务的一切原委,且目的是探索土星的卫星伊亚佩特斯——第谷石板发射讯号的目的地。  鲍曼知道,哈儿觉得有罪且矛盾,因为鲍曼和普尔的任务以为哈儿的任务应该是:充分地收集资讯和报告陈述,但实际上哈儿的任务是和这背道而驰的,这种心理冲突开始表现在小的错误。在这段时间内,哈儿本来可以平静地解决自己的错误,但当他被威胁要切断电源时,他选择保护他自己,因为他特别的存在还是个未知数,且对没有睡眠经验的电脑来说,关掉电源就如同死亡一般,没人能保证重开机后还是「原来」的哈儿。(哈儿是因为受不了「隐瞒秘密」才杀人)  前往土星途中,旁白道出了一些相关的谜团:十七世纪卡西尼观测土星时,就发现一颗卫星——伊亚佩特斯在土星的一边亮、运行至另一边时却变暗。旁白便道出这可能是有什么人给我们的暗号,我们却没发觉。另外土星环成因未解,一说是一颗卫星碎裂而成。旁白说这可能是作为建造什么的原料。另外也没人发觉,土星环于三百万年前形成的意义。  鲍曼在船上度过好几个月,单独地,慢慢地接近土星。回到地球这件事是没希望的——哈儿突然释放发现号的大气,飞溅的杂物严重地损坏了太空船的空气滤清系统,留给鲍曼那些不适于呼吸的空气,没办法撑回地球或等救援船到来。冬眠也不可行,因为冬眠需要哈儿的监控。  到达土星后,他划过土星大气以减低速度,然后进入椭圆轨道准备会合伊亚佩特斯。他渐渐接近伊亚佩特斯时,他发现这颗卫星面向他的这一面有一大片椭圆形白色区域,以外皆呈现黑色,就像一颗没有瞳孔的眼珠在注视着他。更接近时发现黑白界线十分清晰,表面也完全平滑。然后他发现了瞳孔:一个小黑点,位于白区正中央。当更靠近时,他发现这是一个非常巨大的黑石板,和TMA-1形状相同却还要更大,地球上的科学家将其命名TMA-2。不同于TMA-1,TMA-2没有磁场。  他搭乘一艘分离舱欲登陆在黑石板上。快接近时,它顶面突然产生变化,空间似乎里外翻转,随即将鲍曼与分离舱吞入。鲍曼最后一句话是:「天呀......都是星星!」而任务控制台再也没接收到鲍曼的消息。  鲍曼进入一个充满星星的空间,然后被一个不明的力量加速,加速到四周星星像轨迹般地往后拉长,然而他本身却没有被加速的感觉。减速后他进入一个一整片白的空间,布满黑点,就像宇宙的负片。然后他渐渐接近一个无限延伸的表面,上面分成很多小区块,每区中央都有一个石板,而他正朝其中一个飞去。途中还与另一个不明飞船擦身而过。他想这可能就是宇宙的中央站。进入石板后又被传送到了正常、却不知为何处的宇宙。他正朝远处的红巨星飞去,途中经过一个金属支架组成的巨大球体,上面停驻著各式各样的宇宙船,却似乎已遭废弃。接近红巨星时,他见到了日出:一颗白矮星伴星贴著红巨星表面绕行,并不断吸起红巨星表面的气体,还有一大群不明发光物沿着气体飞行。他猜测可能是某种未知型态的生命。  最后他进入红巨星,被某种力量保护而安然无恙。突然,他到达一间很棒的旅馆套房,后来了解到这是以地球传来的电视讯号重建的,是为了使他感到安心。接着他在床上睡着了。突然石板现身,一切化为乌有,在火红背景中的大卫·鲍曼被抽取记忆、被塑成一种新的、不朽的个体,可以太空中生存、旅行——就是「星童」(Star Child)。星童回到我们太阳系,仔细寻查地球。故事结尾星童以一手之力引爆了近地轨道中的一颗核弹。

  电影的续集标题是《2010: The Year We Make Contact》(中文翻成「威震太阳神」),电影是根据克拉克的《2010: Odyssey Two》一书而拍,于1984发行。《2010太空漫游》于1982出版。然而,库布利克并没有参与这次电影的制作,但这并没有损害原著。但是,库布利克还是有客串演出电影,只是以另一种方式:导演指派他演一名俄国的总书记,拍下照片,而这照片在电影里被用在杂志的封面;巧的是这位总书记也叫"库布利克"。而小说原作者克拉克同样出现在杂志封面上,他扮演的是美国总统。克拉克继续写了小说的续集:《2061: Odyssey Three》(1987)以及《3001: The Final Odyssey》(1997)。到现在还没听说过有电影制片想把这两部小说拍成电影。
2001:太空漫游(2001: A Space Odyssey)是亚瑟·克拉克所写的科幻小说,同时斯坦利·库布里克拍成电影版本。这个故事是根据不同的短篇故事所拼凑的,其中最值得注意的是岗哨。库布利克和克拉克最初一起合作,小说和电影同步进行,到后期库布利克还投入编剧本的工作。"The Lost Worlds of 2001",(Arthur C. Clarke, Signet., 1972)就是在这个合作计划下所产生的一个精心杰作。