Друга світова війна й гітлерівська окупація перервали навчання Лема, що за родинною традицією збирався стати лікарем. Лем став механіком, потрапивши в далеку й чужу для нього робітниче середовище, зблизився з учасниками руху Опору, боровся за звільнення й відродження Польщі. Події цього періоду згодом ляжуть в основу роману «Незагублений чac» («Czas nieutracony», 1955).
Після війни Лем переїхав у Краків. Закінчивши медичний факультет, він став науковим співробітником, прийшов у замилування історією й методологією науки, рецензував наукові праці в журналі «Життя науки». Разом з тим виходять друком його перші оповідання й вірші, юнацька повість «Людина з Марса» (1946). Один за іншим з'являються роман «Астронавти» («Astronauci», 1951) про експедицію на Венеру, де земляне виявляють сліди колись високорозвиненої технічної цивілізації, що загинула від атомної війни; роман-утопія про комуністичне суспільство «Магелланова хмара» («Oblok Magellana», 1955), збірник науково-фантастичних оповідань «Сезам» (1954), «Зоряні щоденники» («Dziermiki gwiazdowe», 1957), «Вторгнення c Альдебарана» («Inwazja z Aldebarana», 1959).
Наукова фантастика Лема ґрунтується на широких наукових знаннях. Лем користується науковими ідеями як літературно-художнім засобом, щоб драматизувати ситуацію, у яку він ставить своїх героїв разом із читачем, щоб привести до абсурду деякі звичайні подання буденної свідомості; вони зіграють важливу роль у його сатирі й пародії. Найкращою книгою автора, по його власному визнанню, став роман «Солярис» («Solaris», 1961). «Мені б хотілося написати щось на зразок «Соляриса», але такий успіх буває лише один раз», - зізнається Лем
У романі сміло й гостро піднімаються серйозні філософські, моральні й соціальні проблеми, значення яких не просто актуально, але зростає з кожним днем у ході науково-технічної революції
Герой роману «Солярис» Крис Кельвін - учений-біолог - прибуває на дослідницьку станцію віддаленої планети Солярис, щоб підтвердити або спростувати необхідність наступних досліджень і пошуку контакту з єдиним «жителем» планети - величезною мислячою субстанцією - Океаном. Уже понад сотню років Океан задає землянам нові загадки. На жодну з них не дає відповіді написана протягом багатьох лет наукова література. На момент прибуття на планету Кельвіна Океан породжує новий феномен. Проникнувши в глибини підсвідомості жителів станції - Сарториуса, Снаута й Гибаряна, - він матеріалізує таємні жахливі або патологічно-привабливі образи, які людина намагається приховати як від суспільства, так і від самого себе.
Ця доля не мине й знову прибулого Кельвіна - на наступний же день його відвідує покійна дружина Харри, що зробила самогубство через духовну самітність біля десяти років тому. «Гості» землян обов'язково повинні бути поруч зі своїми «хазяями»: величезна потворна негритянка коштує біля трупа Гибаряна, що застрелилася; якась істота в солом'яному капелюсі не дозволяє покинути кімнату Снаута, Сарториус ретельно приховує свого «гостя» від сторонніх очей. Спроби знищити загальні породження людської підсвідомості й активної волі Океану виявляються неможливими - вони знову відроджуються. Яку мету переслідує Океан, відтворюючи в реальному світі таємні подоби людського розуму? Що це - спроба краще зрозуміти прибульців, зштовхнувши їхній віч-на-віч із миром їх власного «я» у його непостійній і непривабливій наготі? Чи ставитися до цього прояву лише як до факту діяльності чужої природи - безглузд і безжиттєвої, визнати фактом, що має потребу в науковому осмисленні, але не дозволити йому зачепити душу людини?
В образах Сарториуса й Кельвіна письменник втілив дві діаметрально протилежних позиції в сучасній науці - технократичную, що вважає, що в процесі пізнання ціль виправдує будь-які засоби, аж до знищення самого об'єкта пізнання, і протилежну їй гуманістичну традицію, відповідно до якої пізнання миру - це засіб досягнення шляхетних соціальних ідеалів людства. Соляристам, всупереч волі Кельвіна, вдається знищити гостей. Але духовно надламаною другою загибеллю Харри, Кельвін не залишає планету, вирішивши продовжувати дослідження загадкового й незбагненного життя Океану
Вважаючи за необхідне пояснити основну ідею свого роману, Лем писав у передмові до російського видання: «Думаю, що дорога до зірок і їхніх жителів буде не тільки довгих і важкої, але й сповненої неймовірних явищ, які не мають ніяких аналогій з нашою земною дійсністю. Це не означає - і вдумливий читач, звичайно, зрозуміє, - начебто я впевнений, що нас повинні очікувати явища саме такі, які описані в романі «Солярис». Я не претендую на роль пророка. Але я не писав теоретично-абстрактний трактат і тому повинен був розповісти цілком конкретну історію, щоб за її посередництвом висловити одну просту думку: «Серед зірок нас чекає Невідоме».
Роман Лема «Солярис» був екранізований російським режисером А.Тарковским (1972); фільм був визнаний гідним великого призу на міжнародному фестивалі Вканнах.
Книга Лема «Оповідання про пілота Пирксе» (1968) присвяченаі життя простої, звичайної людини, що потрапив у виняткові обставини. Він - космічний пілот і навігатор, для якого метеоритні дощі, тривалі перельоти й зіткнення з таємницями космосу є буднями. Пиркс - один з багатьох «трудівників космосу», які не усвідомлюють власного героїзму. Чи не щомиті у своєму житті герой Л. повинен здійснювати активний вибір, від якого нерідко залежить життя й доля багатьох людей. Перипетії зоряних мандрів, трагедії, які відбуваються в нього на очах, не викликають у нього звички до виду страждань.
Гнітюче враження, як на героя, так і на читача роблять страждання людей, яким неможливо допомогти. Так, у новелі «Терминуе» створюється фантастичний образ робота - машини для пломбування й усунення течі в реакторі, механізму, що у своїх рухах незбагненним чином зберіг пам'ять про останні слова загиблого екіпажа. Щораз, коли робот виконує свою роботу, він неусвідомлено вистукує лопаточками рук, «морзянкою», передсмертні повідомлення пілотів, які гинули від недоліку кисню. Таким чином, щораз, коли робот береться за роботу, з минулого знову з'являються загиблі космонавти, аби тільки знову пережити останні жахливі миті. Всі пригоди пілота Пиркса звичайні, вони є в житті будь-якого космічного пілота. Космонавти - це нібито інші люди. Зв'язавши колись життя з космосом, вони не можуть вернутися до існування в «нормальному», «земному» суспільстві.
У новелі «Альбатрос» відносини Пиркса, які розвиваються зі світською красунею, руйнують повідомлення про загибель космічного корабля «Альбатрос». Трагізм того, що трапилося, доходить лише до Пиркса - люди, які його оточують - попутники в транспланетном перельоті - цікавляться лише тим, коли можна буде танцюватися