《2001太空漫游》后9年，前国家航天委员会主任弗洛伊德博士（罗伊•谢德 Roy Scheider 饰）接受苏美合作计划，带领发现号航天站设计者科脑博士（约翰•利思戈 John Lithgow 饰）和HAL9000电脑的创始人钱德拉博士（鲍勃•巴拉班 Bob Balaban 饰）登录木星附近的苏联航

勒维（达斯汀·霍夫曼 Dustin Hoffman 饰）在不久之前刚刚失去了父亲，这让他和哥哥多克（罗伊·施奈德 Roy Scheider 饰）之间的感情变得更加紧密。某日，勒维邂逅了名为艾尔莎（玛尔特·克勒尔 Marthe Keller 饰）的美丽女孩，瞬间坠入情网的勒维随即向艾尔莎展开了热烈的攻