Человек приходит в драматический конфликт с созданием рук своих. При приближении к Юпитеру компьютер перестаёт подчиняться людям. В экстренном случае он должен принять необходимые меры для сохранения корабля и продолжения полёта. Электронный мозг боится полёта на Юпитер, отговаривает астронавтов, а когда к нему не прислушиваются, — восстаёт. Он убивает Пула. Командиру корабля Дейву Бауману всё же удаётся отключить зловредную машину.

В «Космической одиссее» есть и четвёртая часть. Инопланетяне приходят к выводу, что нового прыжка в космические дали Вселенной человек не достоин — он остался животным, чрезвычайно агрессивным и опасным.

Бауман мчится в бесконечном световом коридоре, в каком-то удивительном сверхпространстве. Он попадает в комнату, обставленную в стиле Людовика XVI. Астронавт думает о смерти. Ему кажется, что он стал стариком, что он умирает (всё это «опредмечено» на экране). И в момент его смерти посреди комнаты снова вырастает чёрная стела.

Но есть ещё заключительный кадр. Человеческий эмбрион космических размеров в прозрачном колпаке сближается с земным шаром. И тут возникают два возможных прочтения финала. Первое: инопланетяне решают, что надо освободить человека от страха смерти, лежащего в основе его болезненной агрессивности, и делают астронавта бессмертным. Второе: астронавт оторван от своего детства, он плохо чувствует себя в комнате предков — его нужно вернуть в чрево матери, чтобы он обрёл согласие с самим собой.

По поводу заключительных кадров «Космической одиссеи» среди кинокритиков возник оживлённый спор. Сторонники Кубрика объясняли финал, как попытку воплотить в образах то ли четвёртое измерение, то ли эйнштейновскую теорию относительности времени. Противники обвиняли режиссёра в пропагандировании идеи Бога, в мистицизме, в фрейдизме, в ницшеанстве, наконец, просто в плохом вкусе.

Сам Кубрик признавался, что идея полёта в «пространстве-времени» пришла ему в голову в результате бредовых видений, вызванных приёмами галлюциногенных препаратов.

«Космическая одиссея» Кубрика — самый значительный из научно-фантастических фильмов 1960-х годов. Об этом говорит хотя бы его бюджет — десять с половиной миллионов долларов и богатство использованных технических средств.

Съёмки проходили с 29 декабря 1965 года по 7 июля 1966 года, когда компьютерная технология, конструкция космических скафандров, ракетная техника и физика низких температур развивались ускоренными темпами.

Задумав «сделать фильм о связи человека со вселенной», Кубрик стремится подойти к своему фильму с почти документальной достоверностью. Макеты космических сооружений разрабатывали для «Одиссеи» инженеры крупнейших американских фирм, в том числе специалисты НАСА. Не может не восхищать околоземная орбитальная станция — гигантское колесо, медленно вращающееся в пространстве; космодром на Луне, 700-футовый межпланетный корабль «Дискавери». Во всех деталях показана посадка ракеты на Луну. С высокой научной достоверностью изображены космические пейзажи — вид на Землю с Луны, восход солнца на Луне, вид на Юпитер с близкого расстояния. Сюда можно добавить эффектные комбинированные композиции (например, знаменитый кадр, где человек идёт по внутренней поверхности цилиндрического отсека «вниз головой»). Словом, зрелищная сторона картины заслуживает высокой похвалы.

Фильм «2001: Космическая одиссея» положил начало нецифровым спецэффектам, специалистом по которым являлся Уолли Уиверс. Вместо того чтобы снимать макеты на синем фоне, затем добавлять фон с другого негатива методом «блуждающей маски», Кубрик настоял на возврате к методам, разработанным во времена немого кино. Техники тщательно монтировали каждый кадр из десятков элементов, постоянно перематывая плёнку для повторной экспозиции негатива.

Футуристический мир «Космической одиссеи» был создан вручную. Звёзды разбрызгивались на фон с помощью зубной щётки и белой краски. Десятки школьников размечали фрагменты звёздного неба, рисуя силуэт космического корабля на сотнях ацетатных листов. Для того чтобы имитировать лунную поверхность, было завезено несколько тонн чистого песка.

В таком фильме актёры отходили на второй план. Кир Даллеа (астронавт Боумен) жаловался, что ему было нечего играть в начале фильма, не говоря уже о финале. До этого Даллеа снялся в роли психически неполноценного парня в картине «Дэвид и Лайза». Он стремился побыстрее сменить амплуа и с удовольствием принял предложение Кубрика.

На роль второго астронавта Фрэнка Пула был приглашён Гари Локвуд, бывший каскадёр, дублёр Энтони Перкинса.

Дэниел Рихтер, сыгравший Стража Луны, одновременно был хореографом большинства сцен первой части фильма. Эпизоды «На заре цивилизации» снимались на открытой площадке лондонского филиала МГМ.

Остальную группу Кубрик набрал в Лондоне, пригласив на роли исследователей космоса эмигрантов Роберта Битти и Эда Бишопа. Бывший калифорниец Уильям Силвестр сыграл Хейвуда Флойда, чиновника, который летит через космическую станцию на базу Клавиус на Луне и включает сигнал монолита. Роли русских учёных достались англичанам Леонарду Росситеру (доктор Андрей Смыслов) и Маргарет Тайзек (Елена).

Свою дочь доктор Флойд видит только раз на телевизионном экране. Она просит привезти ей на день рождения лесного зверька. В этой эпизодической роли снялась пятилетняя дочь Кубрика Вивиан.

Кроме двух детёнышей шимпанзе, человекообразных обезьян играли актёры или мимы. Они носили эластичные маски, повторяющие мимику лица. Между зубами исполнителям вставляли трубочки, чтобы челюсти не смыкались и не препятствовали дыханию. Детёнышей шимпанзе приучили сосать из фальшивой груди.

На поиск голоса для компьютера было затрачено больше усилий, чем на подбор актёров. Сначала он назывался «Афина» и обладал женским голосом. Затем получил имя HAL. Первым его озвучивал английский актёр Найджел Давенпорт, потом американец Мартин Болсем, но результаты не удовлетворили режиссёра. Дуглас Рейн был приглашён читать комментарий, который Кубрик собирался дать в фильме «2001». Его голосом и говорит компьютер в «Одиссее».

Компьютер HAL был создан в Урбане (штат Иллинойс), поскольку давний друг Кларка, профессор, стал преподавателем в Иллинойсском университете в Урбане. В «Одиссее» HAL распевает песенку «Дейзи», потому что друзья Кларка, работавшие в лаборатории Белла, в 1961 году научили свой компьютер IBM-7094 именно этой песне.

Кубрик решил сделать ставку на изобразительную сторону картины и выбросил большинство диалогов. Первый диалог — разговор стюардесс — прозвучал через 25 минут 38 секунд после начала фильма!

Консультант Фредерик Ордуэй протестовал против сокращения «нескольких страниц прекрасного и совершенно необходимого диалога, без которого то, что происходит позже, кажется бессмысленным». Действительно, без этих объяснений сюжет распадается. Но Кубрику «хотелось, чтобы фильм был глубоко субъективным переживанием, чтобы он дошёл до зрителя на ином, подсознательном уровне, как музыка». В качестве музыкального сопровождения он использовал классические произведения Арама Хачатуряна, Иоганна Штрауса, Рихарда Штрауса и Дьёрдя Лигети. Наряду с Третьей симфонией Малера Кубрик собирался записать скерцо из «Сна в летнюю ночь» Мендельсона для сопровождения стыковки корабля с космической станцией, но затем предпочёл ему вальс «Голубой Дунай» Иоганна Штрауса в исполнении оркестра Берлинской филармонии под управлением Герберта фон Караяна.

4 апреля 1968 года МГМ устроила премьеру фильма «2001: Космическая одиссея» в манхэттенском «Капитолии», а двумя днями позже в Лос-Анджелесе.

Критики разделились на два лагеря. Чарлз Чамплин из «Лос-Анджелес таймс» отмечал «намеренную неясность» в конце, но соглашался, что фильм, очевидно, завоюет «Оскара» за техническое совершенство. Рената Адлер в «Нью-Йорк таймс» писала, что интеллектуальное содержание не соответствует мастерскому использованию спецэффектов.

Несмотря на скромную рекламу премьера фильма «2001: Космическая одиссея» побила рекорды «Капитолия». К концу недели журнальная критика дала произведению Кубрика более взвешенную оценку. Именно повторные просмотры положили начало славе «Космической одиссеи». Как и предполагали, картина получила один-единственный «Оскар» в номинации за визуальные спецэффекты.