史前阶段一群生活在饥饿和死亡边缘的人猿，某天在外出的途中偶然发现了一个“人造体”。这个人造体是纯黑的立方体，作用不明，但明显是智慧生物的手笔。人猿虽然不知道什么智慧不智慧，立方体的出现却在它们混沌的心智里触动涟漪。人猿的首领偶然挥舞了一下手里的棒骨，“发现”它是一件趁手的工具。人猿们纷纷开始狩猎小动物，彻底解决了温饱问题。甚至击杀了一头猎豹，史无前例地站在了进化链的最高端。 随后故事跳跃到了人类太空殖民的时代，作者该段故事发生在2001年。弗洛伊德博士奉命来到月球空间站调查一起特殊事件。书里详细描述了弗洛伊德从地球到月球旅行的过程，也带领读者如亲眼目睹一般考察了月球空间站。原来，在月球上进行作业的太空人们，意外发掘出了一块埋于地底的黑色立方体，证明地球之外存在远高于人类文明的智慧生命。黑色立方体存在的意义不明，弗洛伊德博士判断它大概是某种警报器，只要被发掘出来就证明地球人已经具备太空殖民的基本科技水平。 而根据人类侦测，黑色立方体不断向土星的一颗卫星发射电磁信号。为了与智慧生物接触，人类派出一艘宇宙飞船。驾驶飞船的鲍曼并不知道此行的目的。按照程序，飞船的主控电脑哈尔将在快到达目的地时唤醒冬眠的三位宇航员，他们将进行科学考察，鲍曼只负责航程。但是，事故发生了。电脑哈尔在旅行过程中得了精神分裂症，它认为自己必须杀死所有船员，才能独立完成任务。它果然也杀死了除鲍曼之外的所有人类船员。鲍曼意外存活最终使哈尔当机。弗洛伊德博士通过预录的视频告诉了鲍曼此行的目的，鲍曼独自奔赴永不回头的未知旅程。