De par sa formation de biologiste, cet auteur écossais écrit surtout de la hard science, traitant de sujets tels les biotechnologies, les uchronies et univers parallèles, les voyages dans l'espace.
Paul J. McAuley a commencé par écrire un space opera se déroulant dans un futur lointain : Quatre-cent milliards d'étoiles, dont Secret Harmonies et La Lumière des astres continuent d'explorer la trame.
Sable rouge décrit une planète Mars colonisée par les Chinois.
Les Conjurés de Florence développe une aventure uchronique à l'époque de la Renaissance, dans laquelle Raphaël a été assassiné et Léonard de Vinci a inventé la photographie.
Féerie nous plonge dans un futur où les « poupées », des créatures génétiquement modifiées à base d'ADN humain, sont utilisées comme esclaves jetables.