Сюжетна лінія — розшифрування вченими сигналів від іншого космічного розуму — слугує для Лема лише засобом поміркувати про сучасну цивілізацію (яка, на думку автора, перебуває у віці немовляти), про проблеми комунікації, мови спілкування, межі наукового пізнання й ін.
Розпочавши вже у 70-х pp. відчувати постійний "інтелектуальний цейтнот" — неможливість адекватно, в художніх образах утілити всі проблеми, що хвилювали Лема-мислителя, бажання прискорити їхню передачу читачеві — підштовхнув Лема-письменника до активного пошуку нових літературних форм. Ці пошуки втілилися в оригінальному жанрі, в якому вже успішно працював високо шанований Л. Х.Л. Борхес: рецензії, автореферати, передмови, відгуки на неіснуючі книжки, а також окремі фрагменти з них. Усі вони об'єднані у збірки "Ідеальний вакуум" ("Doskoriala proznia'', 1971) і "Уявна велич" ("Wielkosc urojona", 1971). Один із останніх художніх творів Лема — роман "Мир на Землі" ("Pokoj па Ziemi", нім. — 1986; пол. — 1987) — присвячений перспективам нових систем озброєння, що розробляються на Місяці. Осібно у творчості Лема стоять "онтологічні детективи", що поєднують детективну НФ й інтелектуальне "розслідування" філософського роману (в якому розшукується не злочинець, а наукова істина) — ранній роман "Слідство" ("Sledztwo", 1959) і повість "Катар" ("Katar", 1976). У цих творах зовнішня сюжетна канва — розслідування низки дивних явищ, що наводять на думку про надприродне втручання (воскресіння мерців, загадкові смерті без явних причин) — є лише фоном для іншого "слідства" — наукового, що приводить ученого до висновків, які суперечать сучасним уявленням науки та філософії.
З науковою фантастикою Лема органічно пов'язана і його філософська та літературознавча есеїстика, в наукових працях письменника можна знайти витоки багатьох фантастичних тем і сюжетів, які пізніше перекочували у художні книги. Лем є автором чотирьох фундаментальних праць: "Діалоги"("Dialogi", 1957) — про системи керування і кібернетичні принципи; "Сума технології "("Summa technologiae", 1962—1963) про шляхи розвитку цивілізації у далекому майбутньому, можливі глухі кути на її шляху і багатообіцяючі напрямки, зокрема, фантоматики; "Філософія випадку" ("Filozofia przypadku", 1968) — про культуру й етику технологічних цивілізацій. Нарешті, це об'ємне двотомне дослідження, проведене, в основному, методами структурного аналізу, сучасної західної НФ — "Фантастика і футурологія" ("Fantastyka і futurologia", 1970). Остання книга, а також ряд літературознавчих статей Лема, у яких гостро розкритиковані сюжетний примітивізм і загальна "милостиво-місницька" атмосфера в американській НФ, призвели до скандального виключення Лема із Асоціації американських письменників-фантастів, що, у свою чергу, призвело до виходу (на знак протесту) з неї таких авторів, як М. Муркок і У. Ле Ґуїн.
В Україні низку творів Лема переклали Д. Андрухів, А. Гуць, О. Гриценко, О. Король, М. Ларін, І. Сварник, А. Поритко й ін. За О. Дежуровим і В. Гаковським