第一部《2001太空漫游》
小说的开始是在在非洲草原上，一个叫望月的类人猿是怎么带领族人横扫整个草原、征服四方。而促使他们完成开启智慧，并学会使用工具，不是缓慢进化，是一块神秘的石碑瞬间赋予的。再后来，望月这一支族人用了几百万年的时间，走出了非洲，变成了今天的你和我，而这块石碑，将是贯穿整个故事的一个图腾。
时间转到了2001年。在小说设定中，人类科技水平远超现实中的2001年，在月球、火星都建立了基地，也由此探测出了月球上磁场的异常，从而发现了第二块石碑。只不过这一次，面对石碑的不再是懵懂的类人猿，而是发展出文明的人类，通过宇宙的通用语言数学，人类很快就从切割精度上，感受到了这块石碑的不凡背景：石碑来自一个强势的高级文明。石碑发出信号，指示人类走向土星的第八颗卫星，人类也感受到了神秘的召唤，于是用了两年时间做准备，制造了“发现号”飞船，向土卫八进发。
由 NASA 制造的“发现号”飞船一共承载了两名清醒的宇航员、三名休眠状态的宇航员和一个叫做哈尔的人工智能。出于某种目的，NASA 并没有告诉宇航员这次任务的内容，只有哈尔了解围绕石碑开展的计划实情。在飞行途中为了保全自身，已经觉醒出独立意识的机器人哈尔就发起了一场叛变。最终，哈尔的叛变没有成功，人类宇航员除了鲍曼以外全部牺牲，NASA也向鲍曼坦白了飞行任务的真正目的。孤独的鲍曼决定勇敢前行，独自一人驾驶“发现号”，继续向土卫八飞去。
进入土卫八轨道后，鲍曼发现了第三块石碑。为了找到真相，鲍曼就从“发现号”上出来，驾驶一艘小飞船向石碑靠近，没想到飞到石碑正上方的时候，一下被石碑吸了进去。在进入石碑的一瞬间，他留给地球上的一句话：“我的老天爷——这全是星星。”然后跟地球就彻底中断了通讯，本书也进入了尾声。鲍曼在进入石碑之后看到了一个布满星星的夜空，然后说出了上面那句话，接着就进入了一种半梦半醒的状态，直到最后清醒过来，他发现自己变成了一个超级人类，全知且全能。第一部结束。
第二部《2010太空漫游》
太空漫游系列小说第一部中，将鲍曼吸入石碑的地方是土卫八；著名导演库布里克的同名电影中，却将这一情节设定到了木星，由于电影的影响力过大，在后来的作品里，作者也把所有的故事设定都改到了木星。苏联人和美国人一起建造了“发现2号”，在2010年出发飞往木星，去追回“发现号”的数据、研究人工智能哈尔9000并追寻鲍曼的下落，途中意外收到了来自木卫二的信号，这个求救信号向“发现2号”描述了木卫二上奇怪生物的情况。（而这个求救信号是来自于我们中国发射的钱学森号）
当时的主流学派认为，木卫二应该是我们最有可能发现地外文明的一颗，因为木卫二拥有能量、溶剂、有机物这三大生命存活的基本条件。
“发现2号”到达木星轨道的时候，刚好是鲍曼进化为超级人类后醒过来的时间。肩负着呵护人类文明成长重任的鲍曼，做的第一件事就是在人类不知情的情况下拯救了一次人类，然后顺便在地球回了一次家乡，看了一眼母亲和妻子。这部分情节的着力点是人物性格的刻画，在世界观的层面上为后续情节埋下了伏笔。
在追回“发现号”的数据、重启了人工智能哈尔后，“发现2号”迟迟没能找到鲍曼，准备先回地球。就在等待发射窗口的期间，鲍曼突然现身，要他们15天内必须启动返航。虽然不明就里，“发现2号”还是在第12天的时候完成了准备工作，全力飞回地球。原来，主宰为了扶植木卫二上的生物文明，将木星引爆成了太阳系的第二颗恒星，而这场爆炸就发生在飞船的返航途中——是鲍曼又一次拯救了他们。
鲍曼再一次消失，但全体人类却收到了一条来自主宰的警告，只有两句话：太阳系的所有这些星球都属于你们——除了木卫二。不要企图在木卫二上登陆，这是因为，人类并不是主宰在太阳系扶植的唯一文明，而木卫二上的生物就是人类的“争宠对象”。为了木卫二上的生物也能茁壮成长，主宰不但把木星变成了第二个太阳，还告诫人类要认清自己的边界，不要好奇心太强。第二部结束。
第三部《2061太空漫游》
2061年的地球繁荣昌明，也在太阳系的其他地方建了许多基地，恰逢哈雷彗星回归，人类就搞了个彗星一日游的活动。前两部中出现过的男主角弗洛伊德博士也被邀请参加，他欣然前往。当飞船降落在彗星上，一幅宛如煤矿开采现场般的景色展现在人们面前。正当大家尴尬地在“矿井”里自由参观，飞船收到信号，要求马上赶到木卫二，进行紧急救援。
坠毁在木卫二的飞船先于“哈雷彗星号”出发，原本想打一个“不能登录木卫二”的擦边球，却在贴着木卫二飞行的时候遭到武装胁迫，被迫着陆，随后在降落时发生意外，呼叫救援。这艘飞船上有弗洛伊德博士的孙子小弗洛伊德和科学家小范，这次行动是小范联合南非的一个财阀集团策划的寻宝行动，因为他们发现这里有一颗巨大的钻石，科研和经济价值非凡，要到现场来一探究竟。
等待救援的空档，小范拉着小弗洛伊德放下飞船去寻找宝藏。原来宝藏是一颗100万吨大小的钻石，是木星爆炸时落在木卫二上的碎屑，小范想进行科学研究，南非财阀想获取经济利益，这一次行动他们收集到了这座钻石山方方面面的数据。
小说里说木星的星核是钻石组成的，这次的宝藏是木星变成恒星时炸裂下来的碎屑。但是很遗憾，根据现有的科学认知，木星不仅核心不可能是钻石，就连表面也没有存在钻石的可能。另外，即使人类在地外真的找到这样一颗巨大钻石，也很难产生相应的经济效益，因为那就打破了钻石在市场上的稀缺性。
在小弗洛伊德陪小范测量钻石山数据的时候，突然发生了亦真亦幻的怪事，他看到了突然出现、又突然消失、没有穿宇航服而且能在真空中跟他说话的爷爷。而此时的爷爷，应该在“哈雷彗星号”上，在飞来木卫二的途中。后来“哈雷彗星号”带着所有人返回了地球，他向爷爷求证此事，弗洛伊德博士说我并未离开过飞船，也没有来见过你。第三部结束。
第四部《3001太空漫游》
3001年，人类已经完成了对整个太阳系的殖民占领——除了禁地木卫二。某一天一艘正在正常作业的宇宙飞船，突然接到了一个任务，去地球和木星之间拯救一位人类宇航员，这个人就是第一部中被人工智能杀死的普尔。宇宙空间的绝对零度让他的尸体保存完好，冰封了千年的普尔，被救活了。
3001年的人类已经完成了种族大融合，能够通过一个叫“脑帽”的人机互联装置迅速获取知识，并且为了配合已经扩大到整个太阳系的生活半径，大部分都生活在海拔3万米的太空环上。通过脑帽，普尔很快就适应了新千年的生活，同时琢磨着用现在的便利条件，去完成被冰封前未完成的夙愿。
普尔从地球乘坐星际航班降落在木卫三的狼神市，这里有4万常住人口，是地球在整个木星系统的集中办事处。狼神市大学有一个教授，专门在研究附近经常出现的一个神秘鬼魂，普尔认为这就是他曾经的好友、现在的人类守护神鲍曼。
为了见到飘忽不定的鲍曼，普尔决定独闯木卫二，用曾经的交情和犯规的极端方法来赌一把。鲍曼果然现身。除了叙旧，鲍曼还告诉了普尔一条关乎全人类命运的重要消息，这让普尔忧心忡忡，第一时间飞回了地球。
鲍曼的信息是：主宰决定除掉人类这个不听话的生命，任务交由鲍曼执行，但鲍曼舍不得自己的人类同胞，就一边利用宇宙中信息往返产生的时间差来拖延，一边透露消息给人类，希望人类能找到自救的办法。对人类来说，这是一场无从下手的战争，从物质层面完全找不到着力点，最终，人类决定打信息战，用一个超级病毒逆袭成功。全系列结束。
怎么样，有没有和我一样，佩服作者的脑洞呢？
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