Lem es el inventor de la fórmula nueva y original del ensayo científico. Los grandes ensayos de Lem son textos extensos, oscilantes entre la ciencia y la literatura. La soltura con la que el autor se mueve por los estribos más lejanos del conocimiento, la capacidad de prever los procesos de desarrollo, la precisión unida al impulso creador, el equilibrio perfecto entre el humanismo y la ciencia, la disciplina férrea de pensamiento combinada con los medios de expresión sugestivos y vigorosos, constituyen la originalidad y carácter actual de los libros ensayísticos de Lem.
Dialogi (Diálogos): estilizados para diálogos filosóficos, con la tradición enraizada en los diálogos de Platón, reflexiones sobre la identidad del “yo” humano y las posibilidades que abre ante nuestra especie la informatización. Son también un intento de destilar, con la ayuda de la cibernética, un lenguaje universal de la ciencia que posibilite la transmisión de experiencias y descubrimientos de una rama de la ciencia a otras, y que al mismo tiempo sea lo suficiente general y universal para que con su ayuda sea posible resolver las cuestiones filosóficas y sociológicas.
En el centro de su acervo ensayístico el mismo autor sitúa Summa Technologiae. Escrita a principios de los años sesenta, fue una visión extraordinaria para aquellos tiempos del desarrollo de la ciencia y la tecnología, un pronóstico acertado del papel que en nuestros tiempos juegan informática y biotecnología. La ambición de Summa, sin embargo, no se limita a pronosticar las direcciones del desarrollo tecnológico. Lem construye un paradigma del Cosmos, en el cual el papel principal lo juega la Razón como fuerza causante y a la vez independiente de la biología, dirigida en su evolución hacia objetivos propios y autónomos. La clave estuvo en contraponer las vías de desarrollo de la evolución biológica y la tecnológica. Una serie de pronósticos audaces anunciados por Lem se ha cumplido, como, por ejemplo, la realidad virtual, las biotecnologías, la nanotecnología.
Filozofia przypadku (Filosofía de la casualidad) es otro intento de elaboración de una teoría integral, que sitúa la casualidad como un factor universal que permite entender los mecanismos de todo tipo de evolución, que decide quiénes somos y cómo es el universo, el mundo de seres vivos y, al final, la cultura en la que crecemos. El punto de partida para formular la “teoría general de todo” es el microcosmos de una obra literaria. La obra literaria es un elemento del sistema de la cultura que se rige por reglas análogas a las del mundo de la física y la biología. Filozofia przypadku trae una visión novedosa de la obra literaria que deja de ser un ente objetivo y soberano para convertirse en apenas un proyecto que se concretiza a través de las interpretaciones de sus lectores.
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El último de los cuatro grandes ensayos de Lem es Fantastyka i futurologia (Ciencia Ficción y Futurología), una batalla sin piedad librada contra el género literario desacreditado que, según el autor, es la literatura de ciencia ficción. El ensayo es un intento original e innovador de crear la teoría de género, una autointerpretación brillante de las obras de Lem y una revisión aguda del acervo mundial de ciencia ficción. Lem pone el listón muy alto, ya que considera que merece reconocimiento solamente la ciencia ficción que trae beneficio cognoscitivo, es decir, la que proyecta los mundos futuros o alternativos respetando las normas de la evolución biológica, la sociología, la psicología o la física. Es la siguiente “teoría general de todo” aplicada por Lem: de todo relativo a la literatura de la ciencia ficción y a su papel en el conocimiento humano.