Il convient de distinguer les 2 genres cinématographiques que sont le fantastique et la science-fiction (abrégé en SF).

Le cinéma fantastique est un genre regroupant des films faisant appel au surnaturel. L'intrigue d'un film fantastique se fonde sur des éléments communément considérés comme matériellement impossibles et irrationnels (existence de créatures légendaires telles que les vampires ou les loups-garous, apparitions de fantômes, voyage dans l'au-delà...).

Le fantastique est un genre encore plus vaste au cinéma qu'en littérature : si, en littérature, il ne concerne que les œuvres évoquant l'intrusion du surnaturel dans un cadre familier au lecteur (par opposition au merveilleux, qui présente des mondes où tout, ou presque, est surnaturel), au cinéma, il inclut également des films présentant des mondes magiques, entièrement surnaturels. Ainsi, le roman "Le Seigneur des Anneaux", de J.R.R. Tolkien, ne sera pas classé dans le fantastique, mais dans le merveilleux (plus spécifiquement dans l'heroic fantasy), mais son adaptation cinématographique par Peter Jackson sera classée dans le fantastique.

Il apparaît dès lors logique que le cinéma fantastique se caractérise par sa diversité : il regroupe :
- des œuvres inspirées du merveilleux et de la fantasy/l'heroic fantasy ; à l'heure actuelle, le merveilleux et la fantasy/l'heroic fantasy n'étant pas considérés comme des genres cinématographiques à part entière, les films mettant en scène des univers où la magie et l'irrationnel font partie du quotidien des personnages seront considérés comme fantastiques ;
- des films d'horreur faisant appel au surnaturel ("Halloween, la nuit des masques", qui met en scène un tueur immortel) ; tous les films fantastiques ne sont donc pas des films d'horreur, et réciproquement ;
- des comédies où la magie est un élément-moteur du scénario (films dont les héros voyagent dans le temps grâce à la magie, grâce à un enchanteur, par exemple) ;
- des films d'inspiration surréaliste ( "L'Âge d'or").

Le cinéma fantastique ne doit cependant pas être confondu avec le cinéma de science-fiction, qui, certes, met souvent en scène des faits considérés comme impossibles, mais les présente toujours comme rationnels, alors que le fantastique inclut une dimension inexplicable.

Retenons la définition de la science-fiction au cinéma proposée par Jean-Claude Romer : on peut parler de science-fiction lorsque, dans le monde du réel, il y a intervention d'une intelligence humaine ou extraterrestre dans le processus de phénomènes incompatibles avec les lois dites "naturelles".

Ainsi, le héros de "Retour vers le futur" voyage dans le temps grâce à un procédé scientifique, à savoir une machine conçue à cet effet ; cette œuvre relève donc de la science-fiction, par opposition aux films qui mettent également en scène un voyage dans le temps, mais ne lui donnent pas d'explication rationnelle (les héros voyagent dans le temps grâce à la magie, grâce à l'action d'un enchanteur, par exemple) et relèvent donc du fantastique.