L'ensemble forme une seule grande histoire, le cycle des Robots, qui s'étale sur plusieurs millénaires. Toutes les nouvelles de robotique publiées par l'auteur ont été regroupées dans deux grands recueils nommés Le grand livre des robots. Le premier tome — I. Prélude à Trantor — regroupe toutes les nouvelles de robotique — Nous les robots ainsi que Les Cavernes d'acier et Face aux feux du soleil. Le second tome — La Gloire de Trantor — regroupe Les Robots de l'Aube, Les Robots et l'Empire, Les Courants de l'espace, Poussières d'étoiles et enfin Cailloux dans le ciel.
Il renouvelle complètement ce thème en inventant des « robots positroniques » gouvernés par trois lois protégeant les êtres humains et, a priori, parfaites et inviolables. Le jeu d'Asimov consiste à imaginer des failles de ces lois (exemple : un robot peut-il, restant passif, laisser un humain fumer une cigarette ?) et des bizarreries de comportement de robots qui semblent les enfreindre, puis à faire découvrir au lecteur comment cela est possible à la manière d'une enquête policière.
Les trois lois sont : (source : Les Robots, Isaac Asimov, éditions J'ai Lu, traduction de C.L.A., 1967)
- Première Loi : Un robot ne peut porter atteinte à un être humain ni, restant passif, laisser cet être humain exposé au danger ;
- Deuxième Loi : Un robot doit obéir aux ordres donnés par les êtres humains, sauf si de tels ordres sont en contradiction avec la Première Loi ;
- Troisième Loi : Un robot doit protéger son existence dans la mesure où cette protection n'entre pas en contradiction avec la Première ou la Deuxième Loi.
Deux robots exceptionnels, R. Daneel Olivaw et R. Giskard Reventlov, en viennent à ajouter une Loi zéro, qui stipule qu'un robot ne peut porter atteinte à l'humanité dans son ensemble, même pour protéger un être humain : Un robot ne peut ni nuire à l'humanité ni, restant passif, permettre que l'humanité souffre d'un mal. Cette loi est apparue dans Les Robots et l'empire (chapitre LXIII).