Действие разворачивается спустя девять лет после событий, описываемых в фильме Стэнли Кубрика «2001 год: Космическая одиссея». Совместными усилиями американо-советские космонавты выводят на орбиту экипаж корабля «Алексей Леонов». Цель экспедиции — определить причину провала исследовательской миссии шаттла «Дискавери». Достигнув Юпитера, зонд фиксирует неизвестную форму жизни под слоем непроходимого льда. При попытке сфотографировать объект аппарат уничтожает яркая вспышка света. Дабы понять, что случилось с предшественниками, космонавты вынуждены вновь запустить бортовой компьютер HAL-9000. «Космическая одиссея 2010» — экранизация второй книги А. Кларка из цикла научно-фантастической тетралогии «Монолит».