Hace millones de años, en los albores del nacimiento del homo sapiens, unos simios descubren un monolito que les lleva a un estadio de inteligencia superior. Otro monolito vuelve a aparecer, millones de años después, enterrado en una luna, lo que provoca el interés de los científicos humanos. Por último, HAL 9000, una máquina de inteligencia artificial, es la encargada de todos los sistemas de una nave espacial tripulada durante una misión de la NASA.

El profesor Barbenfouillis y cinco de sus colegas de la Academia de Astronomía viajan a la Luna a bordo de un cohete propulsado por un cañón gigante. Una vez sobre la superficie lunar, los audaces exploradores afrontan los muchos peligros que ocultan las cuevas del misterioso satélite.

George Taylor forma parte de una tripulación de astronautas a bordo de una nave espacial -en una misión de larga duración- que se estrella en un planeta desconocido y aparentemente carente de vida inteligente. Sin embargo, pronto se da cuenta de que el lugar está gobernado por una raza de simios inteligentes que esclavizan a los seres humanos, que carecen de la facultad del habla. Cuando su líder, el doctor Zaius, descubre con horror la facultad de hablar de Taylor, decide que lo mejor es exterminarlo.

Un asteroide del tamaño del estado de Texas apunta directamente hacia la Tierra. En la NASA, tan sólo encuentran una posible solución: enviar a un equipo de astronautas al espacio para que destruya el meteorito antes de que colisione con nuestro planeta. Para ello recurren a Harry S. Stamper, el mayor experto en perforaciones petrolíferas, y a su cualificado equipo de perforadores, para que aterricen en la superficie del asteroide, lo perforen e introduzcan un dispositivo nuclear que al estallar consiga desviar su trayectoria y poder salvar el planeta, evitando así el armagedón.

Adaptación de la novela de Daniel Defoe "Robinson Crusoe". Un astronauta se queda solo y abandonado en el planeta rojo después de la muerte de su compañero.