Niektóre cechy literatury science fiction obejmują przyszłe lub alternatywne ustawienie historyczne oraz poziom wiarygodności naukowej, technologicznej lub społecznej. Inne typowe cechy to postacie takie jak kosmici czy roboty i futurystyczna technologia, taka jak teleportacja lub podróże kosmiczne, choć nie wszystkie science fiction zawierają te elementy.
Nie ma powszechnie akceptowanej definicji literackiej fantastyki naukowej, ale gatunek zazwyczaj zajmuje się realistycznymi spekulacjami na temat alternatywnych lub przyszłych światów i wydarzeń. Science fiction różni się od literatury fantasy, która nie czyni żadnej próby wiarygodności. Rozwój naukowy i technologiczny w literaturze fantastyczno-naukowej jest często racjonalny z uwagi na istniejącą technologię. Wcześniejsze dzieła science fiction często przedstawiały spekulacje, które ostatecznie stały się rzeczywistością, takie jak podróże kosmiczne i komunikacja wideo.
Literatura science fiction może również przedstawiać nowoczesne ustawienie, które występuje w alternatywnej historycznej linii czasu. Na przykład powieść Phillipa K. Dicka "Człowiek na wysokim zamku" przedstawia świat, w którym Niemcy wygrywają II wojnę światową. Literatura science fiction może również przedstawiać ustawienia o radykalnie odmiennych strukturach społecznych. Na przykład literatura dystopijna przedstawia społeczeństwo zmienione w jakiś negatywny sposób. Popularne przykłady dystopijnej science fiction to "The Handmaid's Tale" Margaret Atwood i "1984 George'a Orwella", z których oba przedstawiają opresyjne, totalitarne rządy. Choć powieści te są fikcyjne i spekulatywne, poruszają rzeczywiste obawy dotyczące takich zagadnień, jak faszyzm i nierówność płci.
