Основным жанром, в котором работал Беляев, являлась научная фантастика. За 16 лет творчества им были написаны 17 романов и десятки повестей и рассказов, что делает Беляева самым плодовитым советским писателем, работавшим в этом жанре в первой половине XX века. В течение 16 лет Беляев написал свыше двухсот печатных листов — множество романов, повестей, очерков, рассказов, киносценариев, статей и рецензий (некоторые из них были разысканы в старых газетных подшивках намного позднее).

Писателя остро интересовал вопрос человеческой психики: функционирования мозга, его связи с телом, с жизнью души, духа. Может ли мозг мыслить вне тела? Возможна ли пересадка мозга? Какие последствия может повлечь за собой анабиоз и его широкое применение? Существуют ли границы у возможности внушения? А у генной инженерии? Попыткам решить эти проблемы посвящены романы «Голова профессора Доуэля», «Властелин мира», «Человек, потерявший лицо», рассказы «Человек, который не спит», «Хойти-Тойти». Своеобразным продолжением этих размышлений стали романы-гипотезы, помещающие человека в разные среды существования: океан («Человек-амфибия») и воздух («Ариэль»).

Творчество Беляева очень богато в жанровом и тематическом отношении, до него русская фантастика не знала подобного многообразия жанров. Беляев работал во всех разновидностях фантастики и смежных жанрах и даже создал собственные жанры (к примеру, цикл лукавых юморесок об изобретениях профессора Вагнера)

В своих научно-фантастических романах Александр Беляев предвосхитил появление огромного количества изобретений, хотя при жизни писателя его идеи часто расценивали как «научно несостоятельные» и «лишённые познавательного значения». Часть из них связана с освоением моря: подводные поселения и фермы, подводная съёмка и телевидение, ранцы-буксировщики для пловцов («Подводные земледельцы», «Чудесное око»). Другая — с освоением космоса: пилотируемые космические полёты, выход в открытый космос, полёт на Луну и орбитальные станции («Звезда КЭЦ», «Прыжок в ничто»). Также предсказаны достижения в биологии и медицине: создание новых органов человека, сохранение жизнедеятельности изолированных органов, трансплантология, операции на хрусталике, пластическая хирургия, управление настроениями и действиями живого организма, регулирование роста через воздействие на эндокринную систему, препараты, снимающие утомление и стимулирующие умственную деятельность, замораживание как способ временно приостановить биологическое функционирование («Человек-амфибия», «Голова профессора Доуэля», «Человек, потерявший лицо» и др.). Кроме того, мобильный телефон, радиолокатор, интроскоп/интравизор («Борьба в эфире»), беспилотные летательные аппараты («Властелин мира»); микробиологическое производство («Вечный хлеб»), искусственная шаровая молния и другие.