Desde su estreno en 1968, multitud de personas han analizado y realizado interpretaciones de 2001: Una odisea del espacio, desde críticos de cine profesionales hasta fanáticos de la ciencia ficción, pasando por escritores aficionados. El director, Stanley Kubrick, y el escritor, Arthur C. Clarke, quisieron dejar la película abierta a una interpretación filosófica y alegórica. Así, las secuencias finales se presentan deliberadamente sin un hilo conductor claro, como ilustra crípticamente el último fotograma: la imagen del embrionario “Starchild” (niño estelar) que aparece flotando en el espacio.

Apertura a la interpretación Kubrick animaba a que los espectadores explorasen e interpretasen a su modo la película, y siempre se negó a dar explicaciones sobre lo que sucede en ella. Más bien, prefirió dejar que la audiencia desarrollase sus propias ideas y teorías. En una entrevista concedida en 1968 a la revista Playboy, declaró:

No estuvo nunca en el ánimo de ninguno de los dos creadores que dejar la película abierta a interpretaciones fuera comparable a dejarla vacía de contenido, aunque pudiera parecer que Clarke lo insinuara cuando, poco después del estreno de la película, declaró que «[si] alguien comprende la película la primera vez que la vea, habremos fracasado en nuestro propósito». Cuando se le contó el comentario, Kubrick dijo: «Creo que fue [el comentario] en tono jocoso. La auténtica naturaleza de la experiencia visual de 2001 es provocar en el espectador una reacción instantánea y visceral, que no necesita ni debería necesitar ampliación alguna»." Cuando se le dijo a Clarke que Kubrick había calificado su comentario de gracioso, respondió:

En una discusión posterior con Joseph Gelmis, Kubrick declaró que su objetivo principal era, por un lado, evitar la «verbalización intelectual» y, por otro, llegar al «subconsciente el espectador». Afirmó que él no había forzado deliberadamente la ambigüedad de la película, sino que ésta fue el resultado inevitable de haberla rodado sin palabras, a pesar de lo cual reconoció que tal ambigüedad se había convertido en un valiosísimo activo para la película. En ese momento, se mostró dispuesto a dar una explicación más o menos clara del argumento de la obra a lo que él llamaba el «nivel más simple», pero sin entrar a discutir la interpretación metafísica de la película, tarea que debía dejarse para el espectador.The Film Director as Superstar (Doubleday and Company: Garden City, New York, 1970), de Joseph Gelmis.

La novela de Clarke como explicación Arthur C. Clarke desarrolló su novela homónima al tiempo que se rodaba el film, aunque la publicó tras el estreno,Arthur C. Clarke, The Lost Worlds of 2001. London: Sidgwick and Jackson, 1972. y parece dar una explicación más clara del final de la película. La novela de Clarke identifica explícitamente el monolito como una herramienta creada por una raza extraterrestre que ya ha pasado a través de varias fases de evolución, partiendo de formas orgánicas hasta alcanzar formas biomecánicas, para llegar finalmente a un estado de energía pura. Estos alienígenas se dedican a navegar por el cosmos ayudando a especies inferiores en su avance evolutivo. En el libro, se explica la secuencia de la habitación del hotel comparándola con una especie de zoológico alienígena desarrollado a partir de la información extraída de la interceptación de emisiones de televisión terrícolas. Es en este «zoo» donde las entidades alienígenas invisibles estudian a David Bowman, hechos estos que la película de Kubrick no confirma.

A quienes se quedaron desconcertados con la película, el físico Freeman Dyson les instaba a que leyeran la novela de Clarke:

El mismo Clarke recomendaba la lectura del libro: «Siempre le decía a la gente, "Leed el libro, ved la película y repetid el tratamiento tantas veces como sea necesario"», aunque, como afirma su biógrafo Neil McAleer, en ese momento Clarke estaba promoviendo su libro. En otro sitio, dijo: «Encontraréis mi interpretación en la novela, que no coincide necesariamente con la de Kubrick. Tampoco la suya es necesariamente la “correcta", lo que quiera que esto signifique».

En 1971, la crítica cinematográfica Penelope Houston comentó que hay aspectos clave en los que la novela se diferencia de la película, por lo que quizá no deberían tomarse como llave maestra para despejar dudas.

Stanley Kubrick era reacio a etiquetar el libro como la interpretación definitiva de la película, aunque, durante las entrevistas, también solía negarse a debatir posibles significados más profundos. En una de ellas, con Joseph Gelmis en 1969, explicó:

En Stanley Kubrick: Biografía, el autor Vincent Lobrutto se decantó por señalar diferencias creativas que llevaban hacia una separación de significados entre el libro y la película:

Interpretaciones religiosas En una entrevista concedida a la revista Rolling Stone, Stanley Kubrick comentó que «al más profundo nivel psicológico, el argumento de la película representa la búsqueda de Dios, postulando finalmente una definición de Dios poco menos que científica (...) La película gira alrededor de esta concepción metafísica[,] y el realismo de las herramientas y máquinas, así como los sentimientos que se documentan sobre todo lo que sucede, son necesarios para minar nuestra resistencia innata al concepto poético».

Interpretaciones alegóricas

Muchos han visto en esta película no solo una historia literal sobre la aventura evolutiva y espacial del hombre, sino también una representación alegórica de los conceptos de la filosofía, la religión y la literatura.

Alegoría de Nietzsche En lo que se refiere al potencial del ser humano, el poema sinfónico de Richard Strauss, Así habló Zaratustra, hace referencia directa al tratado filosófico del alemán Friedrich Nietzsche, del mismo nombre. Nietzsche escribe que el ser humano es un puente entre el simio y el Superhombre. En un artículo del New York Times, Kubrick da credibilidad a las interpretaciones de la película 2001 basadas en el Zaratustra, al decir que «[e]l hombre es el eslabón perdido entre los simios primitivos y los seres humanos civilizados; en realidad, el hombre se encuentra en una condición muy inestable».

Donald MacGregor analizó la película basándose en otra obra de Nietzsche: El nacimiento de la tragedia en el espíritu de la música. En ella, el filósofo hace referencia al conflicto humano entre las actitudes apolínea y dionisíaca. El lado apolíneo del ser humano es racional, científico, sobrio y autocontrolado. Nietzsche opina que una existencia puramente apolínea es problemática, puesto que debilita el lado instintivo. El ser apolíneo carece de sentido de la integridad, de la inmediatez y del placer primario. No es conveniente para una cultura ser totalmente apolínea ni totalmente dionisíaca. Mientras que, al comienzo de 2001, el mundo de los simios es dionisíaco, la parte del viaje a la Luna es completamente apolínea, y HAL es una entidad enteramente apolínea. La película de Kubrick se estrenó un año antes del Festival de Woodstock, algo completamente dionisíaco. MacGregor argumenta que, en su transformación, David Bowman recupera su lado dionisíaco.

El conflicto de la humanidad entre su Dioniso y su Apolo internos se ha utilizado como un prisma a través del cual se pueden ver otras muchas películas de Kubrick, en especial La naranja mecánica, Dr. Strangelove or: How I Learned to Stop Worrying and Love the Bomb, Lolita y Eyes Wide Shut.

Alegoría de la concepción

2001 también se ha descrito como una alegoría de la concepción, nacimiento y muerte humanos. Esto puede apreciarse, por un lado, en los momentos finales de la película, que vienen definidos por el «Hijo de las Estrellas», un feto in utero que recurre a la obra de Lennart Nilsson. El Hijo de las Estrellas significa un «nuevo gran comienzo», y se le representa desnudo y desprendido, pero con los ojos completamente abiertos.

El periodista neozelandés Scott MacLeod encuentra paralelismos entre el trayecto de la nave espacial y el acto físico de la concepción. La nave espacial, alargada y con forma de bulbo, es un espermatozoide, y su destino, el planeta Júpiter (o el monolito orbitando cerca) es el óvulo. El encuentro entre ambos desencadena el crecimiento de una nueva raza de hombres: el «Hijo de las Estrellas». El interminable espectáculo pirotécnico del que David Bowman es testigo ha desconcertado a muchos críticos. MacLeod lo interpreta como un intento de Kubrick de describir el momento de la concepción, el momento en el cual el «Hijo de las Estrellas» se encarna.

Llevando la alegoría un paso más allá, MacLeod argumenta que la escena final, en la cual Bowman se ve a sí mismo envejecer a cámara rápida a través de una «curvatura espacio-temporal», en realidad le presenta como testigo del declive y la muerte de su propia especie. La eterna carrera del hombre está a punto de ser reemplazada por el «Niño de las Estrellas», concebido a partir del encuentro de la nave espacial con Júpiter. MacLeod ve también una ironía en el hecho de que el ser humano, como creador de HAL, se vea a punto de ser derrocado por su propia creación. Al destruir a HAL, el ser humano rechaza simbólicamente su papel como creador, y regresa del umbral de su propia destrucción.

De forma similar, el libro The Making of Kubrick's 2001, de Jerome Agel, propone una interpretación diferente: el Discovery One representa tanto un cuerpo (vertebrado) y una célula espermática, y Bowman es la «vida» que se aloja en el interior de la célula, que es su legado. En esta interpretación, Júpiter representa al mismo tiempo lo femenino y un óvulo.

La triple alegoría de Wheat En su libro Kubrick’s 2001: A Triple Allegory, Leonard F. Wheat propone una alegoría de tres niveles extremadamente compleja. Afirma que «[l]a mayoría de las […] confusiones (de la película) pueden resumirse en no reconocer que 2001 es una alegoría, es decir, una historia superficial cuyos personajes, eventos y demás elementos encierran simbólicamente una historia oculta (…) En el caso de 2001, la historia de la superficie consigue algo sin precedentes en el cine ni en la literatura: encarnar tres alegorías». Así, según Wheat, las tres alegorías son las siguientes:

El tratado filosófico de Nietzsche Así habló Zaratustra se hace presente con la inclusión de la pieza musical del mismo nombre compuesta por Richard Strauss. Wheat señala el pasaje de Zaratustra que describe a la humanidad como un funámbulo en equilibrio entre el simio y el Superhombre, y alega que la película, considerada como un todo, es una representación alegórica de esa imagen. En el título de la película, se hace referencia al poema épico de Homero La Odisea. Por poner un ejemplo, Wheat señala que el nombre «Bowman» (arquero) puede referirse a Odiseo, ya que la historia de este último finaliza con una demostración de su destreza como arquero. También, abraza la teoría de algunos estudiosos anteriores en lo que se refiere a la conexión de la máquina HAL, con un solo ojo, con los Cíclopes, y remarca el hecho de que Bowman asesine a HAL insertando una pequeña llave, en la misma forma en que Odiseo ciega al Cíclope con una estaca. Wheat alega que toda la película contiene referencias a casi todo lo que le sucede a Odiseo durante sus viajes. Por ejemplo, Wheat interpreta que las cuatro naves que orbitan la Tierra justo después de la secuencia de los simios representan a Hera, Atenea, Afrodita y Eris, protagonistas del Juicio de Paris, inicio de los eventos del ciclo épico de la Guerra de Troya, que finaliza en la Odisea de Homero. La teoría de Arthur C. Clarke sobre la futura simbiosis hombre-máquina, que Kubrick amplía en lo que Wheat llama «un escenario paródico de tres saltos evolutivos»: del simio al hombre, un salto fallido del hombre a la máquina y, finalmente, el salto final y exitoso del hombre al «Hijo de las Estrellas».