La science-fiction est un genre narratif, principalement littéraire (littérature et bande dessinée), cinématographique et vidéo-ludique. Comme son nom l'indique, elle consiste à raconter des fictions reposant sur des progrès scientifiques et techniques obtenus dans un futur plus ou moins lointain (il s'agit alors également d'anticipation), parfois dans un passé fictif ou dans un univers parallèle au nôtre. Elle met ainsi en œuvre des progrès physiquement impossibles, du moins en l'état actuel de nos connaissances, donnant les thèmes classiques du voyage dans le temps, du voyage interplanétaire ou interstellaire, de la colonisation de l'espace, de la rencontre avec des extra-terrestres, de la confrontation entre l'espèce humaine et ses créations, notamment les robots et les clones, ou de la catastrophe apocalyptique planétaire.
L'intrigue des récits de science-fiction peut se dérouler sur Terre (utopies, dystopies qui sont souvent des contre-utopies), dans l'espace interstellaire (vaisseau spatial dans le space opera, exoplanètes dans le planet opera) ou les deux.
La hard science-fiction, notamment le biopunk, le cyberpunk et le postcyberpunk (qui met en scène des robots), extrapole des connaissances actuelles scientifiques, technologiques et ethnologiques.
Ce genre peut parfois être associé à d'autres, comprenant une dimension inexplicable ou imaginaire comme la religion, le fantastique (surnaturel et réalisme fantastique : mythologie, extra-terrestre, monde perdu, mondes parallèles), la fantasy (science fantasy ou space fantasy, faisant souvent intervenir la magie), ainsi que la guerre ou l'humour.
Le terme français « science-fiction » a pour origine le terme anglais science fiction, qui est apparu en 1851 sous la plume de William Wilson dans un essai intitulé A Little Earnest Book Upon A Great Old Subject. Il s'agissait alors d'un usage isolé. En janvier 1927, on trouve dans les colonnes du courrier d'Amazing Stories la phrase suivante : « Remember that Jules Verne was a sort of Shakespeare in science fiction ». En 1929, à la suite de l'éditorial d'Hugo Gernsback dans le premier numéro du pulp magazine intitulé Science Wonder Stories, le terme commence à s'imposer aux États-Unis, aussi bien dans les milieux professionnels que chez les lecteurs, remplaçant de facto d'autres vocables alors en usage dans la presse spécialisée comme « scientific romance » ou « scientifiction ».
Dans son essai intitulé On The Writing of Speculative Fiction, publié en 1947 dans Of Worlds Beyond, l'auteur américain Robert A. Heinlein plaide en faveur du concept de « speculative fiction », ou fiction spéculative réaliste pour se démarquer des récits de fantasy qui paraissaient encore à l'époque sous l'étiquette générale de science fiction. Si le néologisme de Robert A. Heinlein connait un grand succès jusque dans les années 1960, le terme de science fiction se maintient toujours comme référence. Ainsi, Le Meilleur des mondes d'Aldous Huxley est un roman de type science-fiction.
Dans le monde francophone, le terme de science-fiction s'impose à partir des années 1950, ayant pour synonyme et concurrent direct le mot anticipation. Précédemment, il s'agissait plutôt de « merveilleux scientifique » ou de voyages « extraordinaires ». Si le mot anglais original s'écrit le plus souvent science fiction, le mot français s'orthographie avec un trait d'union : science-fiction. L'abréviation française S.F., ou SF, est devenue courante à partir des années 1970.
Une représentation répandue que l'on trouve dans les dictionnaires dépeint la science-fiction comme un genre narratif qui met en scène des univers où se déroulent des faits impossibles ou non avérés en l’état actuel de la civilisation, des techniques ou de la science, et qui correspondent généralement à des découvertes scientifiques et techniques à venir. Cette description générale recouvre de nombreux sous-genres, comme la hard science-fiction, qui propose des conjectures plus ou moins rigoureuses à partir des connaissances scientifiques actuelles, les uchronies, qui narrent ce qui se serait passé si un élément du passé avait été différent, le cyberpunk, branché sur les réseaux, le space opera, la speculative fiction, le planet opera, le policier/science-fiction et bien d’autres. Cette diversité de la science-fiction rend sa définition difficile. Bien qu'il n'existe pas de consensus à propos d'une définition de la science-fiction (en) (presque tous les écrivains ont donné leur propre définition), on admet généralement que certains mécanismes narratifs caractéristiques doivent être présents dans une œuvre pour que l'on puisse la classer dans ce genre. Ainsi, The Cambridge Companion to Science Fiction synthétise ces caractéristiques par la formulation de plusieurs réquisits :
l'expérience de pensée : le récit de science-fiction est toujours un « que se passe-t-il si… ? ». C'est une fiction spéculative qui place les idées au même plan que les personnages ;
la distanciation cognitive : le lecteur doit être embarqué dans un monde inhabituel ;
« C’est notre monde disloqué par un certain genre d’effort mental de l’auteur, c’est notre monde transformé en ce qu’il n’est pas ou pas encore. Ce monde doit se distinguer au moins d’une façon de celui qui nous est donné, et cette façon doit être suffisante pour permettre des événements qui ne peuvent se produire dans notre société - ou dans aucune société connue présente ou passée. Il doit y avoir une idée cohérente impliquée dans cette dislocation ; c’est-à-dire que la dislocation doit être conceptuelle, et non simplement triviale ou étrange - c’est là l’essence de la science-fiction, une dislocation conceptuelle dans la société en sorte qu’une nouvelle société est produite dans l’esprit de l’auteur, couchée sur le papier, et à partir du papier elle produit un choc convulsif dans l’esprit du lecteur, le choc produit par un trouble de la reconnaissance. Il sait qu’il ne lit pas un texte sur le monde véritable. »
— Philip K. Dick, lettre du 14 mai 1981
l'activité de compréhension du lecteur : elle fait suite à la distanciation. Le lecteur doit reconstruire un monde imaginaire à partir de connaissances qui ne relèvent ni du merveilleux ni du religieux, mais de théories ou de spéculations scientifiques, même s'il s'agit de connaissances qui violent les principes de nos connaissances actuelles. Ce monde inhabituel n'étant pas donné d'un coup, le lecteur doit se servir pour cela d'éléments fournis par l'auteur (objets techniques spécifiques, indices de structures sociales particulières, etc.). Ainsi, elle se distingue nettement de la fantasy, genre qu'elle côtoie dans les rayons des librairies, ce qui n'empêche pas l'écrivain Terry Pratchett de déclarer avec humour : « La science-fiction, c'est de la fantasy avec des boulons » ;
les références à un bagage culturel commun : le vocabulaire et les thèmes de la science-fiction font partie d'une culture familière au lecteur qui lui permet de s'y reconnaître. Les magazines de science-fiction contribuent à la popularité du genre.
La science-fiction peut être un matériau pour la prospective, puisqu'elle construit et diffuse des représentations de l'avenir. Elle aide les prospectivistes à imaginer les conséquences et implications des développements techniques. La science-fiction est plus à l’aise dans l’exploration imaginaire et moins sujette à des préventions. La mise en récit ou la mise en images facilite les expressions et alerte sur des tendances jugées inquiétantes.
Une définition de la hard science fiction, ou hard SF, fut proposée par l'écrivain américain Allen Steele en 1992 : « La hard SF est une forme de littérature de l'imaginaire qui se construit autour de la science établie ou de son extrapolation prudente ». L'expression fut utilisée pour la première fois en 1957 par P. Schuyler Miller dans un compte-rendu de Islands of Space de John W. Campbell, publié dans la revue Astounding Science Fiction. Ce genre est représenté par exemple par les œuvres d'Arthur C. Clarke, Stephen Baxter et Greg Egan.