Aux temps préhistoriques, une petite tribu d’hommes‐singes installée au milieu de rochers arides lutte difficilement pour la vie. Un matin, ils trouvent devant eux une mystérieuse dalle noire monolithique. L’un des singes touche la pierre et apprend alors à se servir d’un os de quadrupède pour tuer ses ennemis. Quatre millions d’années plus tard, en 2001, un savant de l’espace, le Dr Heywood Floyd, débarque sur la lune pour examiner une dalle noire semblable à celle des singes, qui était enterrée sous la surface de l’astre. Selon les premières observations, l’objet émettrait un signal mystérieux…

Après qu'une écolière a été violée alors qu'elle prenait un raccourci dans les bois de la région, et qu'une autre a été assassinée au même endroit quelques jours plus tard, la police locale est déconcertée. Avec l'aide d'un journaliste local et contre la volonté d'un psychologue de l'hôpital, une jeune enseignante de l'école fréquentée par les jeunes filles accepte de servir d'appât pour démasquer l'auteur des crimes. S'agit-il du mari inquiétant de la directrice de l'école, du psychologue qui semble s'intéresser de façon inhabituelle à l'affaire, ou de quelque chose de bien plus sinistre ?