تصور پیشرفت های تکنولوژیکی یا تنظیمات طبیعی که در حال حاضر در عصر حاضر غیر واقعی هستند اما می توانند توسط علم در آینده اختراع، ایجاد یا توضیح داده شوند. روایت انیمه های علمی تخیلی بر بازخوردهای اجتماعی یا فردی ناشی از فناوری مصور یا پدیده طبیعی تمرکز دارد و غالباً ماهیت دیستوپیایی دارند. انیمه های علمی تخیلی (گاهی به اختصار SF یا sci-fi خوانده می شوند) ژانری از داستان های تخیلی است که به طور معمول با مفاهیم تخیلی و آینده نگرانه مانند علم و فناوری پیشرفته، اکتشاف فضا، سفر در زمان، جهان های موازی و حیات فرازمینی سروکار دارند. این ژانر در ارتباط با داستان های فانتزی، ترسناک و ابرقهرمانی است و شامل زیرژانرهای بسیاری است. تعریف دقیق آن مدتهاست که بین نویسندگان، منتقدان، محققان و خوانندگان مورد اختلاف بوده است. برای علمی تخیلی بودن یک انیمه، جهان سازی کافی از ملزومات کار است. انیمه ای که در آن بیگانه ای فضایی که صرفاً از فضای بیرونی به بازدید زمین آمده و با قدرت های غیرعادی روی زمین زندگی می کند، یک انیمه ماوراء طبیعی خواهد بود. شخصیت های داستان های علمی تخیلی می توانند قدرت های غیرطبیعی بدون برچسب فانتزی و تخیلی داشته باشند، اما باید دلیل علمی قابل قبولی برای این قدرت ها وجود داشته باشد که توسط سازنده توضیح داده شده است. یک محیط آینده نگر با قدرت های غیرممکن و غیرقابل توضیح (مثلاً انسان هایی که به طور تصادفی برای کنترل آب و هوا از طریق فکر تکامل یافته اند) نیز از ژانر فانتزی خواهد بود. از بهترین انیمه های علمی تخیلی می توان به اشتاینز گیت، کد گیاس، کابوی بیباپ، دکتر استون، نئون جنسیس اوانگلیون، مید این ابیس، سرزمین عجایب ددمن، FLCL، ترایگان، Serial Experiments Lain، 86 و سایکو پس اشاره کرد.