Fantastikā viņš ienāca strauji. Deviņpadsmit gadu vecumā Azimovs publicēja stāstu «Uz Vestas pamestie», bet jau pēc diviem trim gadiem, kad parādījās viņa pirmie stāsti par robotiem un noveles, ar kurām sākās galaktiskā epopeja «Dibināšana», viņu atzina par «nopietnu rakstnieku». Darbi, kas radīja vēl pavisam jaunajam autoram amerikāņu zinātniskās fantastikas klasiķa reputāciju, galvenokārt tika publicēti dažādos žurnālos 40. gados un pēc tam iznāca atsevišķās grāmatās: «Es, robots» (1950), «Akmentiņš debesīs» (1950), «Zvaigznes kā putekļi» (1951), «Dibināšana» (1951), «Dibināšana un Impērija» (1952), «Kosmosa plūsmas» (1952), «Otrā dibināšana» (1953), «Tērauda alas» (1954), «Marsiešu ceļš un citi stāsti» (1955), «Mūžības beigas» (1955).
Šī raženā posma pēdējais darbs ir romāns «Kailā saule» (1957). Pēc tam, it kā būtu noguris no fantastikas vai izsmēlis tematu krājumu, Azimovs ar apbrīnojamu enerģiju raksta populārzinātniskas grāmatas, retumis, par prieku zinātniskās fantastikas cienītājiem, publicēdams stāstus, un tikai 1972. gadā, pēc piecpadsmit gadu pārtraukuma, parādās jauns romāns — «Paši dievi».
Azimova kā zinātniskās fantastikas rakstnieka darbības raženais periods sakrita ar tā saukto amerikāņu fantastikas zelta laikmetu. Ap 30. un 40. gadu miju līdztekus populārajai pārgalvīgu piedzīvojumu fantastikai un šauri tehnoloģiskai fantastikai radās vēl viens virziens, ko Azimovs dēvē par «reālistisko». To vadīja Džons Kempbcls, žurnāla «Astounding Science Fiction» redaktors. Viņš prasīja no autoriem ne tikai zinātnisku sagatavotību, bet arī nākotnes iespēju nopietnu vērtējumu, vispirmām kārtām — kā zinātnes progress ietekmēs sabiedrību. Līdz ar Azimovu žurnālā pastavīgi publicējās Roberts Heinleins, Teodors Stērdžens, Spregs de Kemps, Vens Vogts, Pols Andersons, Lesters del Rejs un citi. Viņi visi ilgus gadus ieņēma vadošu vietu amerikāņu zinātniskajā fantastikā.
Tāda autoru izvēle, raksta Azimovs, deva interesantus rezultātus: «Vēl ilgi pirms tam, kad cilvēce sāka prātot par to, kur mūs novedīs urāna atoma sabrukšana, Kempbela cālēni atjautīgi un prasmīgi parādīja lasītājiem šā atklājuma sekas.» To apstiprina Heinleina stāsts «Neapmierinošais lēmums» (1941) un K. Kārtmilla stāsts «Pēdējais termiņš» (1944). Interesanta detaļa: abu šo stāstu dēļ Federatīvajam izmeklēšanas birojam radās aizdomas par militāru noslēpumu izpaušanu, kaut gan patiesībā tajos bija tikai uz publicētu datu pamata izdarīti secinājumi. Tādā pašā garā, aizsteidzoties priekšā reālām iespējām, tika argumentēti stāsti par starpplanētu ceļojumiem, robotiem, skaitļotājiem utt.
Ne visiem šīs grupas rakstniekiem bija laba zinātniskā sagatavotība. Azimovs viņu vidū bija visizglītotākais. Taču visi viņi saprata — vismaz Azimovs tā uzskata —, ka pasaulē notiek straujas pārmaiņas un cilvēces liktenis ir atkarīgs no tā, kā tiks izlietoti zinātnes un tehnikas sasniegumi, kā tiks atrisinātas nobriedušas problēmas, pirms tās nav kļuvušas neatrisināmas.
Taču nedrīkst aizmirst, ka nākotnes pasauļu socioloģiskajās konstrukcijās viņi visi tā vai citādi bija tehnokrāti. Zinātnes un tehnikas neierobežotās iespējas parasti tika pievienotas iepriekšējai bāzei un būtībā nepārmainītām ekonomiskajām attiecībām. Sistēmas kritika nāca «no iekšpuses» un gandrīz nekad «no ārpuses».
Tomēr, ja ielūkojas uzmanīgāk, grupa nemaz nebija tik vienota. Un vēlāk radās arī politiskas pretišķības (piemēram, Heinleins pārgāja galēji labējā spārnā). Taču tajā laikā «Kempbela cālēni» pacēla amerikāņu zinātnisko fantastiku,, krietni augstākā līmenī.
Fantastiskajā socioloģijā Azimovs nav izņēmums. Šai ziņā viņš ir daudz vājāks nekā zinātniski tehniskajā modelēšanā. Pēc domāšanas veida būdams zinātnieks, viņš rūpīgi pamato savus pieņēmumus, paturot vērā visas iespējamās sekas, kas loģiski izriet no sākotnējās tēzes. Viņš prot radīt īstenības ilūziju arī tajos gadījumos, kad sižetiskie priekšnoteikumi ir pilnīgi abstrakti.
Nereti Azimovatn pārmet pārāk zinātnisku stilu, nepietiekamu iedziļināšanos varoņu iekšējā pasaulē, viņu pārvēršanu par «ideju ruporiem». Patiešām, Azimova grāmatām dažreiz trūkst cilvēciska siltuma, tiešu dzīves sajūtu. Viņš arī fantastikā paliek zinātnieks, un reizumis zinātnieks nomāc mākslinieku. Taču gadās arī tā, ka cietās, prāta radītās konstrukcijas neiztur emociju spiedienu, un tad rodas šedevri, tādi kā «Neglītais puisēns» — uzvaroša himna mātes jūtām. Šīs varenās jūtas pamostas vientuļā sievietē ārkārtējos apstākļos, kad mīlestība nozīmē pašuzupurēšanos.
Azimovs ir domas dzejnieks. Viņš saista nevis ar noskaņām un niansēm vai tēlainu valodu, bet gan ar skaidru, loģisku, aizraujošu izklāstu, neparastiem notikumiem, kas izriet no neparastiem pieņēmumiem. Rūpīgs hipotēžu pamatojums nosaka darbības dinamiku. Stāstos viņš ir galvenokārt analītiķis, romānos dod priekšroku avantūrislišķiem sižetiem, kuros apvieno fantastiku ar detektīvžanra elementiem.
Zinātniskās fantastikas literatūrā Azimovam pieder divi atklājumi: viņš ir «cilvēciskojis» robotus un «izvietojis» cilvēci pa visu Galaktiku.
Mehāniskie un bioloģiskie roboti (androīdi) radušies cilvēku iztēlē jau sen. «Mēģinājumi radīt mākslīgu dzīvību,» Azimovs šai sakarā saka, «likās nāves grēks un pelnīja bargu sodu. Cits pēc cita parādījās sacerējumi, stāsti un romāni, kur robots dniinā nenovēršamībā iznīcina savu radītāju un icl bojā pats … Tikai 1939. gadā, cik man zināms, kāds zinātniski fantastisko stāstu autors mēģināja aplūkot robotu problēmu no tehnisko zinātņu pozīcijām. Bez liekas kautrības atzīstos, ka tas biju es.»
Azimova formulētie «Trīs robotikas likumi» ir pieņemti gandrīz bez vārda runas kā postulāts, kaut gan viņš pats cenšas tos apiet vai dot tiem plašāku interpretējumu. Viņa stāstu galvenie varoņi ir dažādas konstrukcijas cilvēkveidīgas mašīnas, kas darbojas grūtos apstākļos, nereti kritiskas situācijās. Nākotnes kibernētikas problēmu kopums un gudrās sievietes, robotu psiholoģes Sjūzenas Kelvinas tēls apvieno stāstus ciklā. Grāmata «Es, robots» laikam gan ietekmējusi zinātniskās fantastikas attīstību ne mazāk kā Velsa romāni.
Vēlāk Azimovs pievērsās androīdiem. «Tērauda alas» un «Kailajā saulē» ar mīklainu noziegumu izmeklēšanu nodarbojas cilvēks Laidžs Beilijs un androīds R. Deniels Olivo («R» pirms vārda nozīmē «robots»). «R. Deniels,» autors viņu raksturo, «ir spēcīgs, ideāli nosvērts, absolūti saprātīgs un bi īvs no emocijām, taču viņa iespējas ierobežo trīs robotikas likumi un viņa prāts strādā strikti formāli. Nozieguma atklāšanas gods vienmēr pieder Laidžam Beilijam.»
Gluži negaidīti R. Deniels kļuva par tik simpātisku personību, ka Azimovs saņēma daudz vēstuļu, kurās tika apgalvots, ka nav pamata kategoriski dot priekšroku cilvēkam. Sīs pretenzijas, pēc rakstnieka vārdiem, lika viņam sākt domāt par problēmu: «Vai vienīgi cilvēcisks ķermenis padara cilvēcisku būtni par cilvēku? Bet varbūt prāts? Ja mašīna domā kā cilvēks un pat vēl labāk, vai ārējā līdzība ir svarīga?»
Un tad trešajā etapā parādās pilnveidota elektroniskā skaitļošanas mašīna ar iesauku «Multivaks», kurā glabajas pasaules statistika, ekonomiskā un demogrāfiskā informācija, dienas jaunumi, ziņas par visas pasaules cilvēkiem …
Hipotēze par visaptverošām elektroniskām smadzenēm, kura izplatījās amerikāņu zinātniskajā fantastikā, pamudināja Azimovu uz filozofiskām pārdomām un satīriskiem vispārinājumiem («Visas pasaules raizes», «Pēdējais jautājums» u. c.).