В дальнейшем из всех разделов химии ему пришлось выбрать один-единственный — биохимию. Но для научных исследований и эта отрасль оказалась слишком широкой. Он вынужден был ограничиться совсем узким участком — нуклеиновыми кислотами.
Добившись в этой области определенных успехов, биохимик вдруг взбунтовался: на его долю осталась лишь ничтожная часть обширного «сада науки».
А знать ему хотелось все! И тогда он решил освободиться «от пут специализации» и обойти если не весь «сад» — жизнь слишком коротка, а ум слишком ограничен, — то хотя бы оглядеть его сверху. Но только впитывать знания ему было мало. «Склонность к проповедничеству» побуждала к действиям: отдавать, излагать на бумаге — чтобы и другие видели то, что открывалось ему «с высоты»…
Так, по объяснению писателя, возникла длинная серия научно-популярных книг, охватывающая многие разделы знаний. Частично эта серия составилась из многочисленных статей, которые Азимов каждый месяц публикует в журнале «Фэнтэзи энд сайнс фикшн», будучи двадцать с лишним лет его научным редактором. Пишет он на разные темы, от физики и астрономии до истории и психологии.
Углубленному рассмотрению деталей и частностей Азимов предпочитает суммарные обзоры или беглые очерки — эссе. О чем бы он ни писал, он старается подмечать в разнородных явлениях общие закономерности и взаимные связи, показать науку в движении — как постигала ее пытливая мысль. Историзм в обрисовке общей картины, материалистический взгляд на природу и человека, широта обобщений, умение говорить живо и образно, понятно и просто о самом сложном — именно эти привлекательные черты писательской манеры Азимова обеспечили успех его научно-популярным трудам.
Вместе с тем нельзя не отметить, что избранная автором позиция «с высоты» приводит к известным издержкам, не всегда уберегая от эскизности, субъективного отбора фактов, самонадеянных выводов, а порой и просто скольжения по верхам. При такой чрезмерной продуктивности и энциклопедической широте интересов дилетантизм неизбежен. Азимов и сам это признает. Но его книги, даже не самые удачные, читаются с неизменным интересом, а лучшие из них увлекают. По справедливому замечанию критика, это умные введения в науку, сделанные умным человеком.
Трудно переоценить просветительское значение работы писателя в этом жанре. И все-таки, несмотря на огромные тиражи и повсеместное признание его научно-популярных произведений, мировая слава Азимова зиждется на научной фантастике.
Вторжение в фантастику было стремительным. Девятнадцати лет Азимов напечатал рассказ «Брошенные на Весте», а уже через два-три года, когда появились первые рассказы о роботах и новеллы, положившие начало трехтомной галактической эпопее «Установление», его признали «серьезным писателем». Произведения, создавшие совсем еще молодому автору репутацию классика американской научной фантастики, в основном публиковались на страницах журналов в 40-х годах и затем выходили отдельными книгами: «Я, робот» (1950), «Камешек в небе» (1950), «Звезды как пыль» (1951), «Установление» (1951), «Установление и империя» (1952), «Космические течения» (1952), «Второе установление» (1953), «Стальные пещеры» (1954), «Путь марсиан и другие рассказы» (1955), «Конец Вечности» (1955).
Этот плодотворный период завершается романом «Обнаженное солнце» (1957). Затем, словно устав от фантастики или исчерпав запас тем, Азимов с поразительной энергией продуцирует научно-популярные книги, лишь изредка, к радости любителей научной фантастики, публикуя рассказы, и только в 1972 году, после пятнадцатилетнего перерыва, выпускает новый роман — «Сами боги».
Расцвет его деятельности как писателя-фантаста совпадает с так называемым «золотым веком» американской научной фантастики. На рубеже 30-х-40-х годов, наряду с задающей тон бесшабашно-приключенческой фантастикой и фантастикой узко технологической, возникло еще одно направление, которое Азимов называет «реалистическим». Возглавил его Джон Кэмпбелл, редактор журнала «Эстаундинг сайнс фикшн» («Поразительная научная фантастика»). Кэмпбелл требовал от авторов не только научной подготовки, но и вдумчивых оценок возможностей будущего, прежде всего по линии воздействия научного прогресса на общество. Кроме Азимова постоянными сотрудниками журнала были Роберт Хайнлайн, Теодор Старджон, Спрэг де Кэмп, Ван Вогт, Пол Андерсон, Лестер дель Рей и другие. Все они на долгие годы заняли ведущее положение в американской научной фантастике.