就在弗洛伊德教授等人观察黑石的时候，月球上迎来了日出，当第一缕曙光照在石板上，石板周围的人都听到了连续的电子尖叫，太阳系中的航天探测器也都记录了这个干扰。这声电子干扰，是黑石重见天日后发出的信号，也是一个问题的答案：人类并不是宇宙中唯一的智慧生命。
我去向何方第三部分的故事发生在宇宙飞船“发现号”上，“发现号”最初的目的是探测木星，而在黑石被发现后，“发现号”的探索航程增加了，它将借助木星的引力，继续飞往土星，在土星轨道上绕行，等待下一艘飞船来带回几位宇航员。
发现号上有五位宇航员，其中三位都处在“冬眠”状态，机长鲍曼和另一位宇航员普尔看守着整个飞船，之所以叫“看守”，是因为整个飞船的运行和监控都由第六名机组成员完成，它叫哈尔，是一个超级人工智能系统，而鲍曼和普尔大部分时间都无所事事。
有一天，人工智能哈尔告诉他们，飞船通讯系统的一个部件出现了故障，需要更换，这种时候，需要宇航员乘坐宇宙舱离开飞船，进行机外作业。在普尔操作第二次机外作业时，宇宙舱突然失去控制向他撞来，他命令哈尔停止宇宙舱，却没有成功。于是，普尔和宇宙舱一起脱离了飞船，消失在茫茫太空。
这时，宇宙飞船上只剩下唯一清醒的人类鲍曼和人工智能哈尔，鲍曼要求唤醒其他三位宇航员，但哈尔冷静地拒绝了，并表示他们两人就可以应付飞船的所有工作，鲍曼只能威胁哈尔，如果不唤起其他三位宇航员，就切断哈尔的电源。于是，哈尔只能打开了冬眠舱，但同时，它也打开了飞船的舱门，飞船瞬间处在了真空环境中，鲍曼躲进宇宙舱，而其他三位宇航员几乎马上失去了生命特征。
这时，鲍曼确认了一个他们从未想过的问题：哈尔叛变了，而且谋*了四位宇航员。
鲍曼无法再相信哈尔，他不能完全切断哈尔的电源，因为哈尔等于飞船，而飞船仍然需要运行，他只能将哈尔的记忆板一块块抽出，“语言模块”“认识反馈”“理解反馈”等等，哈尔的话语和声音也逐渐消失……
鲍曼独自载着“发现号”前往土星，在土星轨道上，他看到了一块漂浮着的黑色石板，跟月球上发现的一模一样。鲍曼乘坐宇宙舱靠近黑石，这时，黑石像时空之门一样打开了，宇宙时空仿佛从内朝外翻了出来，鲍曼的宇宙舱穿过黑石，他看到了千万个恒星诞生和熄灭，看到宇宙的起源，看到生命的尽头。
鲍曼看到，银河系最高级的智慧，曾经也和人类一样，起源于一个温暖的行星，他们经历过生物躯体和机器躯体的阶段，现在已经可以将知识储存在空间中，以能量的形式存在，他们不再受时间和空间的约束，可以随心所欲地畅游时空。黑石，是他们制造的实验工具，地球，是他们的实验对象，人类的进化，是他们重现智慧发展过程的实验。
