事実上ロビンソンの小説は全て生態学的な側面を持っており、それは疑いもなく彼の主要なテーマである。《オレンジカウンティ三部作》では技術と自然の交差のあり方、特にその2つのバランスの保ち方が主題である。《火星三部作》では、テラフォーミングについての考え方の違いから人々がグループに分かれていく様を描く。特に作中で議論されているのは、一見して不毛な火星の荒野に地球の生態圏のように生態学的またはスピリチュアルな価値を持っているかどうかである。Forty Signs of Rain では生態学がテーマであり、地球温暖化問題を扱っている。
Forty Signs of Rain (2004)、Fifty Degrees Below (2005)、Sixty Days and Counting (2007) の三作がある。地球温暖化の行く末を描いた作品群で、主要登場人物はアメリカ国立科学財団で働く数名の人物とその関係者である。仏教哲学が1つのテーマとなっており、それを代表する登場人物としてガンジス川デルタ地帯の架空の小国から来た外交官が登場する。その国は海面上昇によって危機に瀕している。
The Years of Rice and Salt (2002) は歴史改変SFであり、ペストによってヨーロッパの人口の99%が死滅し（実際の歴史では約30%が死滅）、アジア系民族が優勢となった世界を描いている。少数の登場人物が輪廻転生を繰り返す様を通して、歴史を描いている。特に、イスラム、中国、ヒンドゥーの文化や哲学を描いている。
『南極大陸』(1997) は火星三部作と設定はことなるが、多くの点で似ている。舞台は題名にあるとおり氷の大陸であり、時代設定も現代に近いが、隔離された環境におかれた科学者たちという状況は同じで、登場人物の個性ややりとりを重視する描き方やテーマも似ている。ロビンソンのその後の作品と同様、生態学的持続可能性が主要なテーマとなっている。南極条約の失効に触発され、資源を獲得しようと企業が南極に関心を持ったことから様々な出来事が発生していく。
ロビンソンの最も有名な作品である。火星に科学者や技術者が初めて入植する様を描くというSF作品である。『レッド・マーズ』、『グリーン・マーズ』、『ブルー・マーズ』 の3作品からなり、題名の色がこの三部作での火星の変化を表している。2027年、火星への最初の植民団が地球から飛び立つところから始まり、200年に及ぶ未来史となっている。最終的に火星は地球化され多くの人々が住むようになり、政治的にも社会的にも多様化する。様々な登場人物の人生が折り重なるように描かれている。科学、社会学、政治学を深く掘り下げており、物語の進展と共に発展していく。ロビンソンが科学とテクノロジーを愛していることは明らかだが、人間性という大きな柱とのバランスをとっている。ロビンソンが特に興味を持って描いたのは、生態学的持続可能性、性的二形、科学的方法である。The Martians (1999) は火星三部作の世界と登場人物を扱った短編集である。また、Alexander Winnによって開発、運営されているスマートフォン・タブレット向けシミュレーションゲームTerraGenesisは本作にインスピレーションを得て開発されたと公式に表明している。
Three Californias Trilogy とも呼ばれている。『荒れた岸辺』(1984)、『ゴールド・コースト』(1988)、Pacific Edge (1990) の三作で構成されている。一般的意味では三部作とは言えず、ストーリーに関連性はない。この三作はカリフォルニアの3つの異なる未来を描いたものと言える。『荒れた岸辺』は、核戦争によって全土が荒廃したアメリカ合衆国で、文明を取り戻すために奮闘するカリフォルニアを描いている。『ゴールド・コースト』は、過剰に工業化され、テクノロジーにますます依存するようになったカリフォルニアを描き、軍需企業とテロリストの戦いによって分裂状態となったカリフォルニアを描いている。Pacific Edge は、生態学的に正気になったカリフォルニアを描いており、正しい習慣がノルマとなり、過去の傷跡がゆっくり癒されている。元々は無関係な3作品だったが、まとめると1つの主張が見えてくる。1作目ではテクノロジーの欠如により人間性が損なわれることを示し、2作目では過剰なテクノロジーによって（付随する環境破壊とともに）ほとんど完全に人間性が失われることを示し、3作目ではその2つの間の妥協案を提示している。3作目はユートピア小説だが、そこには依然として衝突や悲劇がある。3作に共通して登場する人物がおり、3つの選択肢がどういう意味を持つのかを把握するのに役立つ。
しかし、六三法には立法権を包括的に委任したことに伴う問題点を抱えているという批判が出された（六三問題）。まず、六三法の立案過程でも問題とされたが、前提としてそもそも大日本帝国憲法の効力が台湾にも及ぶかが問題とされた。具体的には、憲法が施行された後に取得した領土に対して当該憲法の効力を及ぼすためには、別途手続が必要になるのかが問題となる（実際には特段の手続はされなかった）。仮に手続を経なければ効力は及ばないとすると、天皇は憲法の制約なく台湾を統治することが可能になる。当時の政府は、帝国議会において、日本の領土である以上台湾にも憲法の効力が及ぶと答弁していたが、法学者の間では、及ばないとする見解もあれば規定によって区別されるとの見解も存在していた。次に、当時の政府の答弁のとおり憲法の効力が台湾に及ぶと解すると、行政庁たる台湾総督に対して立法権を包括的に委任したことが憲法に反するのではないかが問題となった。具体的には、大日本帝国憲法5条は「天皇ハ帝国議会ノ協賛ヲ以テ立法権ヲ行フ」と規定し、憲法上は立法権の行使に帝国議会の関与を必要としていたこととの関係で疑義が生じ、六三法の期限を延長する度に帝国議会で問題とされた。また、六三法は、台湾にも施行される法律が帝国議会の協賛により制定されることを排除していたわけではなかった（5条はそのことを前提に台湾に施行すべき法律は勅令で決める旨規定していた）。実際、国家予算や官吏にかかわる事項等については台湾総督による律令ではなく法律により立法をしていた。しかし、六三法の規定上は立法権が分属していたため、台湾内において法律と律令の内容が抵触した場合にどちらが優先するかという問題を引き起こした。