Clarke, da parte sua, è un autore tipico della cosiddetta "fantascienza hard". Vale a dire storie incentrate sulla descrizione minuziosa dei particolari tecnologici, alla ricerca di plausibilità scientifica. Basti pensare che quando nel 1981 la sonda Voyager 2 sorvolò Giapeto, una delle lune di Saturno, confermò la differenza di albedo (frazione di luce che un corpo riflette in ogni direzione) tra i due emisferi del corpo celeste, proprio come descritto in 2001 tredici anni prima. Gli autori di "hard sci-fi" si contraddistinguono quindi per la loro preparazione ed il loro approccio scientifico alla scrittura.
Questo metodo si ritrova in parte anche nel film, ma con le dovute differenze, perché cinema è un medium diverso dal romanzo. Se un autore descrive accuratamente un meccanismo, riempiendo pagine e pagine di parole, in modo che il lettore arrivi a comprenderne il funzionamento, il regista non può spendere dieci minuti per riprendere questi meccanismi, né sarebbe lecito aspettarsi che il più dotto dei personaggi si impegni in un cosiddetto "spiegone" che chiarifichi tutto al pubblico.
Kubrick disponeva quindi di altri mezzi per rendere al meglio il realismo che voleva nel suo film. Commissionò il design delle astronavi e delle tute spaziali a ingegneri esperti del settore, anziché ad artisti e designer. Lo stesso regista s'interrogò riguardo la possibilità di arrivare su Giove entro il 2001, ma diversi scienziati fugarono i suoi dubbi.
Il film fu girato nel 1967, cioè due anni prima dell'allunaggio di Neil Armstrong e Buzz Aldrin. Si era nel pieno della corsa spaziale, la scienza missilistica procedeva a passi da gigante e la Nasa disponeva di Wernher von Braun (del quale abbiamo già parlato nell'articolo su Metropolis), l'ingegnere tedesco che aveva creato i terribili V2. von Braun aveva scelto di collaborare al programma spaziale statunitense per via della promessa fattagli: la Luna entro il 1970, Marte entro il 1980. Lo scienziato scrisse anche diversi trattati per dare credibilità al progetto, l'ultimo dei quali pubblicato postumo nel 2006 con il titolo Project MARS: A Technical Tale. Il sogno di von Braun non si avverò mai: nel 1972 il governo Nixon tagliò i finanziamenti al programma Apollo, causando le dimissioni di von Braun.
Nel 1967 quindi l'arrivo su Giove entro il 2001 era ritenuto plausibile dalla comunità scientifica. Ragion per cui Kubrick si sentì tranquillo nell'ambientare il film nei primi anni del millennio che stava per arrivare.
Troviamo la ricerca del massimo realismo anche negli angoscianti silenzi che accompagnano le missioni extraveicolari di Bowman e Poole, il cui unico commento sonoro è il respiro dei due astronauti. Nello spazio, infatti, non c'è diffusione di suoni ("nessuno può sentirti urlare" direbbe qualcuno). Una scelta che tra l'altro "sentiamo" (si fa per dire) da subito, nella scena in cui l'astronave del attracca alla Base Spaziale 1; le immagini in esterna sono accompagnate unicamente dalla musica di Johann Strauss jr.
Inoltre nella sceneggiatura erano presenti diverse innovazioni tecnologiche che si sarebbero viste negli anni successivi, come la Stazione Spaziale Internazionale, la possibilità di effettuare videochiamate, la tecnologia degli schermi piatti e delle tastiere a sensori.