Najpopularniejszymi motywami science fiction są te dotyczące alternatywnych rzeczywistości, możliwych przyszłych światów oraz postaci, które mają zdolności wykraczające poza zdolności zwykłych ludzi. Kontakt z istotami pozaziemskimi jest również powszechny w tym gatunku literatury, a wiele książek science fiction bada pomysły na to, jak dramatycznie zmieni się życie, jeśli ludzie spotkają się i wejdą w interakcję z kosmitami. Inne tematy science fiction kryją się za pomysłami na to, jak przyszły świat może być inny, jeśli ludzkość kontynuuje swoją obecną ścieżkę w teraźniejszości, a ten rodzaj narracji zwykle ma miejsce w dystopii lub utopii, w zależności od punktu widzenia autora . Technologia często odgrywa ważną rolę w opowiadaniach science fiction jako narzędzie do czynienia dobra lub zła.
Fabuła powieści science fiction często powoduje, że czytelnicy zastanawiają się, co jest możliwe poza granicami codziennej egzystencji. Historie alternatywnych rzeczywistości czasami opisują takie zjawiska, jak rozdarcia w tkaninie linearnego kontinuum czasoprzestrzennego. Tego rodzaju tematy science fiction często badają naturę samego czasu. Alternatywne rzeczywistości mogą również rodzić pytania o to, jak wiele postaci może mieć kontrolę nad tym, co dzieje się w ich przyszłości. Proza science fiction napisana z tymi tematami często ma pewne ograniczone podstawy w faktycznych badaniach naukowych nad zjawiskami takimi jak czarne dziury, robaki i ciemna materia.
Tematy science fiction dotyczące kontaktu z kosmitami są często jednymi z najpopularniejszych historii. Wiele z tych narracji opisuje światy, w których ludzie żyją obok obcych ras, które mają równą lub często wyższą inteligencję. Niektóre z najbardziej optymistycznych tematów badają, w jaki sposób ludzie mogą przezwyciężyć swoje wspólne niedociągnięcia dzięki oświeconym naukom takiej pozaziemskiej rasy. Inne historie opisują rasę ludzką porzucającą istniejące uprzedzenia i wewnętrzne walki, by zjednoczyć się w walce z obcym zagrożeniem.
Dodatkowe wątki science fiction dotyczą granic ludzkiego umysłu. Postacie w tych opowieściach często mają zdolności, takie jak telepatia lub psychokineza, i niezależnie od tego, czy używają tych talentów dla dobra, czy zła, bada więcej elementów ludzkiej natury. Kiedy te zdolności wynikają z eksperymentów naukowych z zaawansowaną technologią, głównym tematem tej historii jest ostrzeżenie, że ludzie nie powinni ingerować we własne wrodzone zdolności.
Opowieść science fiction osadzona w przyszłym świecie często rodzi pomysły na to, gdzie pewne zbiorowe decyzje i działania ostatecznie zabiorą rasę ludzką. Opowieść o ponurej dystopii często służy jako ostrzeżenie przed teraźniejszością. Opowieść science fiction dotycząca utopii często przedstawia znacznie bardziej optymistyczny pogląd na rasę ludzką.