La fantascienza vera e propria però fu resa possibile solo a partire dalla nascita della scienza moderna. La fantascienza in Europa inizia alla fine del XIX secolo con il romanzo scientifico (scientific romance), di cui esponenti di spicco furono Jules Verne (per il quale più che la scienza erano importanti le invenzioni) e H.G. Wells. Wells e Verne avevano entrambi un bacino di lettori internazionale e influenzarono cosi numerosi scrittori, in particolare in America, dove ben presto nacque la fantascienza come genere autonomo.
La prima fantascienza aveva una forte base avventurosa ed era caratterizzata dalla meraviglia per i progressi della scienza (si era nell'epoca dell'avvento dell'elettricità), ma già dagli anni quaranta cominciò ad occuparsi delle ripercussioni del progresso scientifico. Sono anni in cui dominò la figura di John W. Campbell, che assunse la direzione della rivista Astrounding Stories, nella quale ospitò tutti gli autori della cosidetta Golden Age (età dell'oro, come Isaac Asimov ed altri). L'epoca d'oro si conclude negli anni cinquanta, ma gli scrittori di quest'epoca diventeranno i mostri sacri del genere, a cui si sarebbero poi rifatti tutti i successivi autori. La caratteristica della fantascienza americana era l'estrapolazione, ovvero il riconoscimento di una tendenza in atto per poi proiettarla nei suoi sviluppi futuri.
Gli anni cinquanta segnano per la fantascienza americana un grosso cambiamento, l'atteggiamento fiducioso nei confronti della scienza viene sostituito da uno più preoccupato (a causa della bomba atomica). La guerra fredda, la società dei consumi, la paura del diverso, la pubblicità e la televisione diventarono i temi centrali della fantascienza sociologica (Richard Matheson, Walter M. Miller e Philip K. Dick sono alcuni degli esponenti). Negli anni sessanta abbiamo la New Wave, con argomenti scottanti quali il sesso, le droghe, il femminismo, il razzismo ecc, la cui figura di riferimento è Harlan Ellison. Il decennio successivo è caratterizzato dalla continuazione dell'attività degli scrittori New Wave, ma l'impatto innovativo va attenuandosi, e i singoli autori vanno ciascuno per la propria strada. Nel bel mezzo degli anni settanta il cinema di fantascienza segna la svolta con il successo di Guerre Stellari di George Lucas. Negli anni ottanta abbiamo l'ondata Cyberpunk, con lo sviluppo di temi legati alle tecnologie informatiche e di telecomunicazione. La fantascienza influenza anche il nuovo ambito dei videogiochi, ma soprattutto il cinema. Gli anni novanta sono caratterizzati da una forte ripresa della fantascienza britannica, mentre negli USA si assiste a un declino delle vendite, tanto che alcuni scrittori cambiano genere.
La fantascienza viene divisa di solito in fantascienza hard o tecnologica e fantascienza soft legata alla sociologia. Altri generi legati alla fantascienza sono la space opera (in particolare quella militare) a base di astronavi e battaglie spaziali, la New Wave, il cyberpunk, lo steampunk, la fantapolitica, le utopie, distopie e ucronie. I temi utilizzati nelle storie di fantascienza sono lo spazio: la sua conquista, l'esplorazione e la colonizzazione, il viaggio interstellare, l'invasione aliena, gli extraterresti (buoni o cattivi), il viaggio nel tempo, dimensioni parallele, l'intelligenza artificiale (robot, cyborg e androidi) e la ribellione della macchina. Altri temi sono la realtà virtuale, il cyberspazio, le modificazioni della genetica come le mutazioni o la clonazione e le biotecnologie in generale.