انیمیشن علمی تخیلی به انیمیشن هایی گفته می شود که در آنها پیشرفت های علمی و تکنولوژی مدرن به نمایش گذاشته می شود. تمرکز اصلی داستان های این نوع کارتون های علمی روی پیشرفت علم و تکنولوژی قرار دارد اکثر داستان های کارتون تخیلی درباره ربات ها و سفرهای فضایی است. بیگانه ها ، ساختمان های عجیب ، ماشین های پرنده ، مکان های تخیلی ، تکنولوژی آینده دراین انیمیشن ها بسیار دیده می شود.
از برترین انیمیشن های علمی تخیلی می توان به " جنگ ستارگان Star Wars: The Clone Wars " و " اتوبوس مدرسه جادویی The Magic School Bus Rides Again " یا همان کارتون سفرهای علمی و انیمیشن های سینمایی " شبحی در پوسته Ghost In The Shell " ، " زیم مهاجم Invader Zim " و " 6 قهرمان بزرگ Big Hero 6 " اشاره