Sunkioji mokslinė fantastika yra didesnio mokslinės fantastikos žanro porūšis – rašymas ir kūrybinis darbas, kurį identifikuoja keletas bendrų bruožų. Pavyzdžiui, dauguma šio kūrinio parašyta taip, kad būtų labai tikroviškai pavaizduotas mokslas ir įvairūs pasaulio, kuriame vyksta istorija, aspektai. Nors tokie kūriniai vis dar yra išgalvoti, stengiamasi, kad išgalvotos detalės būtų tikroviškos ir pagrįstos turimomis mokslo žiniomis. Sunkioji mokslinė fantastika taip pat gali būti labiau spekuliatyvi ir išgalvota, bet vis tiek laikosi bendros išsamios ir nuoseklios istorijos visatos vizijos.
Sąvoka „kieta mokslinė fantastika“ paprastai vartojama priešingai nei „švelnoji mokslinė fantastika“ ir naudojama kaip būdas parodyti, kiek tikroviškai kūrinys vaizduoja išgalvotą visatą. Šioje vartosenoje „kietas“ ir „minkštas“ vartojami kalbant apie kūrinius, kurie sukurti daugiau ar mažiau tikroviškai. Pavyzdžiui, sunkioji mokslinė fantastika dažnai kuriama atsižvelgiant į tai, kas įmanoma ar tikra dabartinio mokslinio supratimo ribose. Tai reiškia, kad tokio kūrinio veikėjus paprastai riboja realistiški apribojimai, tokie kaip mažos gravitacijos poveikis, degimo stoka kosmose ir poreikis visą kūną dengiančių kostiumų bei kvėpavimo aparatų tyrinėjant svetimus pasaulius.
Priešingai, švelnioji mokslinė fantastika paprastai mažiau laikosi realistinių mokslinio rašymo aspektų. Šiuose kūriniuose gali būti nerealių detalių, tokių kaip garsai ar ugniniai sprogimai kosmoso vakuume, veikėjai, tyrinėjantys svetimus pasaulius be apsauginių dangų, ir daugiau fantastinių istorijos visatos elementų. Yra keletas elementų, kurių gali būti ir minkštojoje, ir kietojoje mokslinėje fantastikoje, nors „kietuose“ kūriniuose šie elementai paprastai nagrinėjami nuosekliau.
Pavyzdžiui, tokias sąvokas kaip greitesnė nei šviesa kelionė dažnai galima rasti švelniojoje mokslinėje fantastikoje ir gali būti šiek tiek prieštaringos sunkiojoje mokslinėje fantastikoje. Kiek gali paaiškinti šiuolaikinis mokslas, tokios kelionės yra santykinai neįmanomos. Tačiau yra tam tikrų būdų, kaip apeiti šį apribojimą, o sunki mokslinė fantastika paprastai rašoma siekiant apeiti tokius apribojimus tokiu būdu, kuris vis dar atrodo tikras visatai, kurioje vyksta istorija. Tikėtina, kad šiuose darbuose bus pristatyta technologija, kuri sprendžia tokias problemas visiškai išvystytu būdu, o ne tik paaiškina tai per mokslo „stebuklą“.