Naučna fantastika bavi se razmatranjem uticaja napretka nauke i tehnologije na društvo i osobe, predviđanjem razvoja čovječanstva ili čak govori o otkrivanju i zamišljanju novih pojava i tehnologija. Osim toga, naučna fantastika se ponekad bavi i alternativnom historijom: "šta bi bilo da je bilo".
Sasvim je pogrešno identificirati naučnu fantastiku isključivo sa svemirskim istraživanjima ili vanzemaljcima. Ovdje je napisan spisak samo nekih tema i motiva NF-a, zajedno s primjerima. Važno je napomenuti da velika većina naučnofantastičkih djela (uključivo i ova navedena kao tipična za neki motiv) sadrže više spomenutih motiva.
Prvi Kontakt – prvi susret ljudi i vanzemaljaca. To je jedan od najstarijih motiva naučne fantastike. U romanu Sastanak s Ramom, A. C. Clarke opisuje prolazak golemog vanzemaljskog svemirskog broda kroz Sunčev sistem. Ljudi ga istražuju, ali njegova prava namjena ostaje obavijena tajnom. Film Bliski susreti treće vrste je klasik filmskih ostvarenja tematike Prvog Kontakta. Roman Kontakt Carla Sagana te istoimeni film predstavljaju najpoznatije realizacije motiva Prvog Kontakta u tvrdoj NF. Taj motiv javlja se u mnoštvu naučnofantastičkih djela, čak i tamo gdje ne predstavlja glavnu temu.
Katastrofa - društvo je pogođeno prirodnom katastrofom, nuklearnim ratom, epidemijom ili nekom drugom nesrećom velikih razmjera, ili mu tako nešto prijeti. U romanu Božji Čekić A. C. Clarkea i Gentryja Leeja Zemlji prijeti udar asteroida. U romanima Hvalospjev Leibowitzu Waltera M. Millera i Rat Miru Vernora Vingeja te serijalu računalnih igara Fallout opisano je društvo poslije nuklearnog rata. Film Dr. Strangelove Stanleyja Kubricka prikazuje poremećenog pojedinca čije akcije dovode do nuklearnog uništenja.
Vanzemaljska invazija – Zemlja ili ljudska civilizacija je u ratu s vanzemaljcima ili su ju vanzemaljci osvojili. Konstruktor tog motiva je Herbert George Wells s klasikom Rat svjetova. Motiv se pojavio puno puta u naučnoj fantastici, u najrazličitijim obradama, od čistog kopiranja Wellsa pa do vrlo originalnih izvedenica, te od humorističnih do onih koje spadaju u tvrdu NF. U ponekim obradama, npr. roman Kraj djetinjstva A. C. Clarkea, vanzemaljci ne osvajaju Zemlju i čovječanstvo nasilno, nego ih mirnim putem pokoravaju svojoj vlasti.
Budućnost čovječanstva – taj se motiv pojavljuje u znatnom broju NF djela, u različitim obradama, utopističkim, distopijskim ili u njihovoj kombinaciji. Klasik je roman Grad i zvijezde A. C. Clarkea gdje je opisana ljudska civilizacija za milijardu godina, utjelovljena u dvije zajednice na Zemlji. Najpoznatija distopijska djela su 1984. Georgea Orwella, gdje je opisana totalitarna država i tehnike kojima drži ljude u pokornosti, te Vrli novi svijet Aldousa Huxleya gdje totalitarna država uzgaja poslušne podanike ispranog mozga podijeljene u biološke kaste. Robert Heinlein u romanu Luna je okrutna ljubavnica opisuje socijalne aspekte ljudskog naseljavanja Mjeseca, poput razvoja poliandrije. Film Loganov bijeg opisuje antiutopijsku sliku civilizacije u kojoj žive samo mladi ljudi. Iain M. Banks je u serijalu o Kulturi stvorio potpuno utopijsku civilizaciju daleke budućnosti gdje sukobi ipak postoje, a ljudi imaju poticaj za istraživanjem novog i nepoznatog. Larry Niven u romanima Integralna stabla i Dimni prsten opisuje društvo kojeg su utemeljili odmetnici u plinskom torusu u orbiti oko neutronske zvijezde. Roman Milana Šufflaya Na Pacifiku god. 2255. (1924.) također spada u ovu kategoriju, kao i distopijski roman Branka Belana Utov dnevnik (1982.).
Cyberpunk – naziv za podžanr u kojem postoji globalna kompjutersko-komunikacijska mreža, tehnološka ili biološka usavršenja čovjeka, virtualna stvarnost i holografske simulacije, razvoj naprednih računala i umjetne inteligencije te okruženja između čovjeka i računara. Godine 1985. u "Interzoneu" br. 14 pojavio se članak "Nova naučna fantastika" koji je bio i prvi manifest "cyberpunk pokreta". Prije dobivanja svoga imena začet je 1970-ih godina u kojima je svoje anarhističke stavove dijelio s punk muzikom . Cyberpunkov propagandni list "Cheap Truth" dijeljen je besplatno i nikada nije bio zaštićen copyrightom. Članci su bili objavljivani pod pseudonimima radi izbjegavanja stvaranja kulta ličnosti ili skupina. Nakon tri godine i nakon što je sam cyberpunk prerastao u kult, list "Cheap Truth" je nestao sa scene. Radnje cyberpunka redovito se događaju na Zemlji u bliskoj budućnosti, a nastanak podžanra vjerovatno je potaknut i razočarenjem zbog stagnacije svemirskog programa. Budućnost opisana u cyberpunku često je distopijska i prepuna ekoloških katastrofa. Sam naziv cyberpunk stvorio je američki pisac Gardner Dozois, pokušavajući opisati rad Williama Gibsona , koji se smatra začetnikom žanra, a čiji je roman Neuromancer postigao veliki uspjeh osvojivši Huga, Nebulu i Philip K. Dick Award. Kao značajan primjer može se navesti i roman Potpuni raspad Neala Stephensona, Eon Grega Beara, te filmovi Blade Runner, Johnny Mnemonic (kojemu je predložak priča Williama Gibsona) i Matrix trilogija.
Alternativna historija – opisuje kako bi svijet izgledao da su se historijski događaji drukčije odvijali. Keith Roberts u romanu Pavane obrađuje alternativnu historiju u kojoj je španska Velika Armada 1588. godine vratila Englesku katoličanstvu. Philip K. Dick u romanu Čovjek u visokom dvorcu piše o svijetu u kojem su u Drugom svjetskom ratu pobijedile sile osovine.
Steampunk – podžanr s elementima alternativne historije i cyberpunka. Radnja se događa u prošlosti, često u počecima industrijske revolucije, gdje postoje neke tehnologije ili izumi koji su u stvarnosti otkriveni odnosno izumljeni kasnije. Prvim steampunkom smatra se novela Diferencijalni stroj Williama Gibsona i Brucea Sterlinga u kojoj lord Byron i Charles Babbage uspijevaju napraviti funkcionalni mehanički digitalni računar. Inspiracija za steampunk sigurno je došla od djela NF pisaca 19. vijeka, poput Julesa Vernea ili Mary Shelley.
Vojska – autori se bave prikazom vojnih tema u NF okružju. Ta su djela često metafore stvarnih ratnih ili političkih događanja. Najpoznatije jest Zvjezdani jurišnici Roberta Heinleina. Serijal o Milesu Vorkosiganu književnice Lois McMaster Bujold jedan je od uspješnijih primjera vojničkog NF-a.
Religija – autori se bave religioznim, teološkim ili antireligijskim temama. Walter R. Miller u romanu Hvalospjev Leibowitzu (spomenutom i među primjerima katastrofičnih NF djela) piše o Katoličkoj crkvi u postnuklearnoj Americi te obožavanju relikvija iz prošlosti u obliku tehničke dokumentacije raznih uređaja izgubljenih nakon nuklearnog rata. A. C. Clarke u priči Zvijezda, jednoj od najljepših NF priča vjerske tematike, piše o isusovačkom redovniku koji kao član posade istraživačkog broda traži betlehemsku zvijezdu.
Ljubav – ljubavne priče također se pojavljuju u sklopu naučne fantastike. Karakterističan je roman Vrata u ljeto Roberta Heinleina. Književnica Lois McMaster Bujold u sagama o Milesu Vorkosiganu (spomenutim pod primjerom vojničke NF) također koristi značajne elemente ljubavnog romana.
Erotika - već u prvim djelima NF-a nailazimo na primjese seksa i erotike. Seksualne arhetipove pronalazimo i kod Wellsa u Vremenskom stroju, u odnosima Eloa i Morlocka, zatim u djelima Ridera Haggarda, osobito u romanu Ona. Tek sredinom 20. vijeka erotika počinje značajnije prodirati u NF djela.
Istraživanje - istraživanje nepoznatog, kako svemira tako i drugih mjesta (poput Zemljinog podmorja), civilizacija, pojava i tehnologija vječna su tema naučne fantastike nazočna u većoj ili manjoj mjeri u svakom NF djelu. Televizijska serija Zvjezdane staze, sa svojim sloganom "to boldly go where no one has gone before" predstavlja arhetip istraživačkog motiva u NF. Među dojmljivijim književnim primjerima istraživačke NF jest roman Nepobjedivi Stanislawa Lema.
Vremeplov - prvo djelo objavljeno na temu putovanja kroz vrijeme bilo je "Vremenski stroj" (The Time Machine), H. G. Wellsa iz 1895. g.
Roboti i umjetna inteligencija - ovaj motiv je vrlo star i ima korijene u davnim legendama. Pisci raspravljaju o uticaju robota i razvoja umjetne inteligencije na ljudsko društvo. O robotima je u književnosti prvi raspravljao Karel Čapek. Klasik motiva robotike je Asimovljem roman Ja, robot koji je bio temelj za cijeli serijal romana o robotima gdje su postavljeni i poznati Zakoni robotike. Motiv robotike često se prikazuje u distopijskom okružju gdje roboti i umjetna inteligencija nastoje istisnuti ljude, npr. u filmu Terminator. Vedriji prikaz razvoja robota i umjetne inteligencije vidljiv je u Spielbergovu filmu A.I. te likovima Data i Doktora iz Zvjezdanih staza