Phim khoa học viễn tưởng thường mang đến những khái niệm và vật thể vượt xa hiện thực, mở ra thế giới của công nghệ tiên tiến và trí tưởng tượng phong phú. Trong những bộ phim này, người xem dễ dàng bắt gặp các loại robot thông minh, có khả năng giao tiếp như con người hoặc thậm chí vượt qua con người trong nhiều phương diện. Bên cạnh đó là các hệ thống trí tuệ nhân tạo mang sức mạnh vô song, từ việc kiểm soát vũ khí cho đến quản lý toàn bộ xã hội. Những phương tiện di chuyển tối tân xuất hiện dày đặc như tàu vũ trụ, phi thuyền xuyên không gian, xe bay, hoặc cổng dịch chuyển tức thời. Mỗi phát minh này không chỉ là sản phẩm của công nghệ mà còn là cầu nối đưa con người đến những hành tinh xa xôi hay thám hiểm chiều không gian khác.

Ngoài phương diện máy móc, phim khoa học viễn tưởng cũng khai thác sâu vào các yếu tố sinh học như các loài người đột biến sở hữu siêu năng lực, sinh vật ngoài hành tinh với trí thông minh vượt trội hoặc các virus lạ gây ra đại dịch toàn cầu. Cùng với đó là các thiết bị y tế thần kỳ như máy chữa lành tức thì, công nghệ hồi sinh hoặc nâng cấp cơ thể bằng bộ phận sinh học nhân tạo. Nhiều câu chuyện còn xoay quanh những xã hội tương lai, nơi người và máy sống cùng nhau, luật lệ và chuẩn mực đạo đức bị thử thách trước sự bùng nổ của tiến bộ khoa học, mở ra hàng loạt câu hỏi về bản chất của con người.

Bản sắc độc đáo của dòng phim khoa học viễn tưởng còn nằm ở cách họ xây dựng những môi trường sống phi truyền thống. Các thành phố trên mây, thuộc địa ngoài vũ trụ hay những không gian ảo hoàn hảo được sáng tạo bằng công nghệ thực tế ảo. Hình ảnh con người du hành từ Trái Đất đến các thiên hà khác nhờ năng lượng hạt nhân hoặc lỗ sâu khiến ranh giới thời gian và không gian bị xoá nhoà. Từ đó, phim không chỉ là nguồn cảm hứng về tương lai mà còn đặt ra các vấn đề then chốt về trách nhiệm, quyền kiểm soát công nghệ cũng như ý nghĩa sự tồn tại trong vũ trụ rộng lớn.