Планета Земља, плеистоцен, саване екваторијалне Африке.
Мало племе Питхецантхропус налази се на рубу изумирања. Природа их није обдарила снажним очњацима, оштрим канџама, нити брзим ногама, али им је у очима бљеснуо призор свести. Вероватно су те особине привукле пажњу неке високо развијене ванземаљске цивилизације, која пажљиво гаји семе ума где год да се нађу. Питхецантхропус постају експериментални у великом свемирском експерименту.
Једне ноћи, блок потпуно прозирног материјала појављује се у долини реке. У сумрак, када се племе врати у пећине, необичан камен изненада ствара чудан вибрирајући звук који привлачи Питхецантхропуса попут магнета. У згушњавајућем мраку, кристал оживљава, почиње да светли, у његовим дубинама се појављују бизарни цртежи. Зачарани Питхецантхропус не зна да у тим тренуцима уређај прегледа њихов мозак, процењује њихове способности, предвиђа могуће правце еволуције. Кристал позива себе једно или друго, и они, осим воље, праве нове покрете: несташни прсти везују први чвор на Земљи, вођа узима камен у руке и покушава погодити мету. Лекције се настављају сваке ноћи. Током године живот племена се мења до препознавања - сада Питхецантхропус може користити скуп једноставних алата, ловити крупне животиње. Вечна глад и страх од грабежљиваца се повлаче у прошлост, време је за дело мисли и маште. Тајанствени монолит нестаје једнако изненада као што се и појавио. Његова мисија је остварена - на Земљи се појавила животиња обдарена интелигенцијом.
КСКСИ век Амерички истраживачи налазе на месецу, већ насељеном човечанством, први непобитни доказ постојања ванземаљске цивилизације.
Како је председник Националног савета за астронаутику хитно позван на Месец, сазнаје да је магнетно извиђање открило снажно изобличење магнетног поља у близини кратера Тицхо, а ископине у центру аномалије пронашле су паралелепипед идеалних размера од непознате на Земљи екстра тешке црне материје на дубини од шест метара. Најупечатљивија ствар овог проналазака је његово доба: геолошке анализе показују да је монолит сахрањен овде пре око три милиона година.
Када се обасја месечина и црни монолит први пут ухвати зраку сунца након три милиона година затвора, у слушалицама људи око себе чује се продоран електронски крик. Овај сигнал откривају свемирски монитори и сонде, а централни рачунар, након обраде информација, закључује: усмерени енергетски импулс, очигледно вештачког порекла, јурио је са месечеве површине у правцу Сатурна.
Све је то познато само шаци људи, јер су последице шока који ће човечанство неизбежно претрпети непредвидиве.
Међпланетарни простор. Дисцовери Спацесхип. Први месеци лета пролазе у спокојној тишини. Два будна члана посаде - Франк Пооле и Давид Бовман - свакодневно су на стражи. Остала три уроњена су у вештачки хипотермички сан из кога ће се пробудити тек када Откриће уђе у орбиту Сатурна. Само ове троје људи знају праву сврху експедиције - могући контакт са ванземаљском цивилизацијом, док Пооле и Бовман сматрају да је нормално путовање. Они који су припремали експедицију, закључили су да је то неопходно за сигурност и интересе нације.
У ствари, бродом не управљају људи, већ шести члан посаде, Еал - Дисцовери мозак и нервни систем, хеуристички програмиран алгоритамски рачунар. Еал створен кроз процес сличан развоју људског мозга може се с правом назвати машином која заиста мисли и људима говори на стварном, фигуративном људском језику. Све способности ЕАЛ-а усмерене су на испуњење датог програма експедиције, али контрадикција између циља и потребе да се то сакрије од других људи постепено уништава интегритет његове „психе“. Машина почиње да прави грешке и на крају настаје криза: чувши астронауте како разговарају са Земљом о потреби искључивања ЕАЛ-а и пребацивање контроле у Центар, он доноси једину могућу одлуку: да се ослободи људи и самостално доведе експедицију. Он имитира несрећу антене, а када Франк Поол крене у свемир да би заменио блок, ЕАЛ га убија: млазна капсула-гумењак пуном брзином лети ка астронауту. И следећег тренутка, запањени Бовман види на екрану како чамац напушта брод, вукући тело преминулог пријатеља заједно са собом на сигурносном каблу. Франк Пооле, први од људи ће отићи у Сатурн.
Бовман покушава пробудити некога од људи који спавају, али чује звук због којег му се срце хлади: врата спољног отвора се отварају и зрак са брода жури у бездан простора. Успева да побегне у одјелу за хитне случајеве, обуче свемирски одијело и одспоји више центре електронског мозга. Остаје сам на милионима километара од Земље. Али бродски мотори и навигациони системи су у добром стању, веза са Земљом је обновљена, а хитно снабдевање кисеоником трајаће месецима. Експедиција се наставља и Бовман, који је сада свестан свог крајњег циља, стиже до џиновског мртвог Сатурна. Наређено му је да започне истраживање система са осмог сателита Сатурна у Јапету. Цела површина Јапета, лишена атмосфере, је црна, по структури подсећа на дрвени угаљ - осим на белој висоравни упечатљиво правилног овалног облика са црном ознаком у средини, која се покаже као потпуно исти црни монолит као на Месец, само гигантске величине.
Експеримент, започет пре три милиона година, завршен је. Монолит у Иапетусу - чувару Звјезданих Врата - поставили су иста бића, која уопће нису била попут људи, која су на Земљу послала мистериозни кристал и закопала црни блок на Мјесецу. Њихови напори нису били узалудни: Земља је заиста створила Разлог, способан да досегне друге планете, а сигнал месечевог монолита, који је послао вести у Јапет, био је потврда тога.
Давид Бовман одлучује да седне на Иапетус у капсули, а њен приступ пробуди снаге садржане у Старгате. Горње лице црног монолита одједном залази дубље, капсула почиње да пада у осовину без дна. Ово је отворило Врата.
Време престаје - сат престаје да броји секунде - али перцепција и свест и даље раде. Бовман види црне зидове „мине“, а у лумену безброј звезда које се „распршују“ из центра. Схвата да се временом и простором догађа нешто што је неприступачно његовом разумевању, али не осећа страх, осећајући да је под заштитом бескрајно моћног ума. На крају се нађе стотина светлосних година од Земље. Капсула тежи дивној црвеној звезди, у царство пламена, али када се путовање заврши, Бовман мисли да је луд - налази се у обичном земаљском хотелу. Тек након неког времена схвата да је све ово украс који су домаћини приредили за госта телевизијског филма пре две године. Бовман одлази у кревет и заспи - последњи пут у животу. Спаја се са космичким умом, губећи физичко тело, уз помоћ мисли стиче способност кретања у времену и простору и спашава родну планету од предстојеће нуклеарне катастрофе.
