Pendant que la Terre est en proie à la menace nucléaire, un équipage de Russes et d’Américains tente de retrouver l’astronef de 2001 et le secret de HAL, l’ordinateur homicide… L’événement majeur qu’a constitué la sortie de 2001 L’Odyssée de l’Espace avec la musique majestueuse de Strauss "Ainsi parlait Zarathoustra" se poursuit avec 2010.

La troupe du Cirque de Moscou part en tournée à New York. Alors que son ami clown, qui souhaiatait profiter de l'occasion pour demander l'asile politique, se défile, le saxophoniste Vladimir Ivanoff s'enfuit en plein grand magasin. Poursuivi par le KGB et le FBI, il est protégé par l'agent de sécurité de l'établissement, et tombe amoureux d'une vendeuse...

Sam Boyd, ancien agent de la CIA, est chargé d'échanger avec le KGB un pilote espion américain contre deux millions de dollars.