La historia de la humanidad, en diversos estadios del pasado y del futuro, es narrada en la película de ciencia-ficción de culto por excelencia de la historia del cine. 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.
En un extraño y deprimente universo futurista donde reinan las máquinas, una mosca cae dentro de un ordenador y cambia el apellido del guerrillero Harry Tuttle (Robert de Niro) por el del tranquilo padre de familia Harry Buttle, que es detenido y asesinado por el aparato represor del Estado. El tranquilo burócrata Sam Lowry (Jonathan Pryce) es el encargado de devolver un talón a la familia de la víctima, circunstancia que le permite conocer a Jill Layton (Kim Greist), la mujer de sus sueños. Y, mientras la persigue, hace amistad con Harry Tuttle y se convierte en su cómplice.
Un programador multimillonario selecciona a Caleb, un joven empleado de su empresa, para que pase una semana en un lugar remoto con el objetivo de que participe en un test en el que estará involucrada su última creación: un robot-mujer en el que inteligencia artificial lo es todo.
