Нередко его упрекают в чрезмерной наукообразности стиля, в недостаточном внимании к внутреннему миру героев, становящихся «рупорами идей». И в самом деле, книгам Азимова порой не хватает человеческого тепла, непосредственных жизненных ощущений. Он и в фантастике остается ученым, и ученый, случается, подавляет художника. Однако бывает и так, что жесткие, «головные» конструкции не выдерживают натиска эмоций, и тогда возникают шедевры, такие, как «Уродливый мальчуган» — торжествующий гимн материнскому чувству. Оно, это изначальное чувство, пробуждается у одинокой женщины в совершенно исключительных обстоятельствах, когда преданность равносильна самопожертвованию.
Азимов — поэт мысли. Он подкупает не оттенками и нюансами, не метафорическим языком, а ясным, логичным, увлекательным изложением, необыкновенными событиями, вытекающими из необыкновенных допущений. Тщательное обоснование гипотез обусловливает динамику действия. В рассказах он преимущественно аналитик, в романах предпочитает авантюрный сюжет, соединяющий фантастику с детективом.
В научно-фантастической литературе Азимову принадлежат два открытия: он «очеловечил» роботов и «расселил» человечество по всей Галактике.
Механические и биологические роботы (андроиды) создавались в воображении с давних времен. «Попытки создания искусственной жизни, — говорит по этому поводу Азимов, — казались смертным грехом и заслуживали сурового наказания. Одно за другим появлялись произведения, повести и романы, где с мрачной неизбежностью робот уничтожает своего создателя и гибнет сам… Но только в 1939 году, насколько мне известно, некий автор научно-фантастических повестей впервые попытался рассмотреть проблему роботов с позиций технических наук. Без ложной скромности признаюсь, что это был я».
Сформулированные Азимовым «Три закона роботехники» приняты почти безоговорочно как постулат, хотя сам он старается их обходить или придавать им расширительное толкование. Главные герои его рассказов — человекоподобные машины разных конструкций, действующие в трудной обстановке, нередко в критических ситуациях. Общность проблем кибернетики будущего и постоянный образ умнейшей женщины-робопсихолога Сьюзен Кэлвин объединяют рассказы в связный цикл. Книга «Я, робот» оказала, пожалуй, не меньшее влияние на развитие научной фантастики, чем «Машина времени» Уэллса.
Позднее Азимов обратился к андроидам. В «Стальных пещерах» и «Обнаженном солнце» расследованием загадочных преступлений занимается человек Лайдж Бейли и Р. Дэниел Оливо — андроид («Р» перед именем значит «робот»). «Р. Дэниел, — характеризует его автор, — силен, идеально уравновешен, абсолютно разумен и не подвластен эмоциям, однако его возможности ограничены тремя законами роботехники, и его разум действует строго формально. Каждый раз честь раскрытия преступления принадлежит Лайджу Бейли».