En el seu primer relat, Extra terrestrial Relays (1945), descrivia un sistema de comunicacions per satèl·lit molt semblant a l’actual. La majoria de les seves narracions palesen un considerable bagatge científic i tècnic, però algunes d’elles, com The City and the Stars (1956), són d’un caire més aviat filosòfic. També ha conreat la divulgació científica ( The Coast of Coral , 1956) i l’assaig ( Profiles of the Future, 1962, Man and Space , 1964). Altres obres seves són: Islands in the Sky (1952) i Rendez-vous with Rama (1973). La narració curta The Sentinel serví a Stanley Kubrick com a base del guió de la pel·lícula 2001: A Space Odyssey.