Fremme ved Jupiters sfære oppdager David en annen monolitt. Denne går i bane rundt Jupiter og er flere kilometer lang. Han reiser ut i en romkapsel for å undersøke gjenstanden nærmere, men i det han nærmer seg havner han inn gjennom en slags "stjerneport". Her gjennomgår han en lang reise og opplever en rekke bisarre kosmologiske fenomener. Etter det befinner han seg i et stort ekstravagant soverom der han får se seg selv i tre ulike faser av livet, som middelaldrende, som eldre mann og døende olding. Med ett står monolitten foran sengen til den døende oldingen og omsider forvandles han til et foster som stirrer ut i verdensrommet og mot Jorden.