Дія відбувається через дев'ять років після подій попередньої картини. Космічний корабель «Олексій Леонов» з радянсько-американським екіпажем на борту відправляється на Юпітер, щоб розгадати таємницю залишеного на орбіті корабля-першопрохідника «Діскавері». Для цього командиру і членам зоряного екіпажа належить знов активувати виведений з ладу комп'ютерний мозок HAL-9000, який став однією з причин провалу першої експедиції.