《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RoyScheider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JohnLithgow饰）和HAL900

在2001年，Dave Bowman带领的美国、苏联联合考察队登陆木星，去查明是否有什么强大的生物在木星上存在，因为新近在木星附近发现的一块神秘的黑色巨石令美国议员们忐忑不安。但考察队一去不复返，只留下Dave Bowman最后的惊呼：“上帝啊，这里全是星……”现在，2010年，十年前负责考察活动的Heywood Floyd博士再赴木星。他和全体队员的任务是，找到并修复当年考察队使用的HAL-9000电脑，以弄清十年前发生的事。

影片故事背景一如上集，主要人物布迪警长亦由上集的罗伊·谢德扮演，但是今次出现肆虐艾密迪海滩的大白鲨，却是一条满含恨意，一心前来报“杀夫之仇”的母鲨。