В годы революции Ефремов становится воспитанником красноармейской автороты, проходит с ней по дорогам гражданской войны до Перекопа. После этого возвращается в Петроград, где работает чернорабочим, подручным шофера и учится в трудовой школе. Уже в это время Иван Ефремов знакомится с рядом ученых, получает возможность пользоваться крупными научными библиотеками. Особую роль в его судьбе сыграл знаменитый зоолог и палеонтолог академик П. П. Сушкин, распорядившийся поставить стол для юного энтузиаста науки в своем рабочем кабинете.
Сдав экзамены за Мореходные классы, Ефремов уезжает служить на Тихий океан, затем переводится на Каспий. Через некоторое время П. П. Сушкину удается выхлопотать ставку в геологическом музее для своего любимого ученика. Ефремов работает препаратором, посещает лекции в университете и ездит в многочисленные палеонтологические экспедиции — на Север, Урал, в Закавказье, Среднюю Азию, Казахстан, Киргизию.
В 20 лет Ефремов публикует свою первую научную работу.
В 1935 г. Ефремов заканчивает экстерном геолого-разведывательный факультет Горного института, а в 1940 г. получает степень доктора биологических наук. Его имя приобретает все большую известность, особенно после того, как он становится основоположником тафономии — науки о закономерностях исследования древней жизни на Земле. В 1952 году его книга «Тафономия и геологическая летопись» (1950) отмечается Государственной премией.
С литературой, которой Ефремов увлекался с детства, его прочно связала болезнь. В 1942 году он оказывается надолго прикованным к постели. Человек неукротимой энергии, он находит ей выход в создании цикла своих первых приключенческих и научно-фантастических новелл, которые объединяет названием «Рассказы о необыкновенном». Это были «Эллинский Секрет», «Олгой-Хорхой», «Озеро Горных Духов» и другие.
Ефремов рано понял, что все в мире подчинено определенным законам эволюции, знание которых необходимо человеку для правильного понимания своего места в мире. Он был убежден, что наука ведет в пустоту, если за ней не стоит философия. Славу самого конструктивного мыслителя в мире и родоначальника советской научно-социальной фантастики он приобрел после выхода в свет «Туманности Андромеды» (1957) и «Часа Быка» (1968). Оба романа, подчеркнуто обращенные к молодежной читательской аудитории, представляют собой образное воплощение антропоморфической гипотезы автора, считавшего что любые формы жизни на определенном этапе развития должны стать человекообразными. Достигнувшие космического уровня цивилизации объединяются в Великое Кольцо Миров. Законы эволюции универсальны для всей Вселенной — и главный среди них — борьба с ИНФЕРНО. Судьба цивилизации зависит от того, как решается ею частная судьба человека — ведь «человек — та же вселенная, глубокая, неисчерпаемая». Свой оптимизм автор черпает в утверждении колоссальных возможностей человека, а не в надеждах на неких «высших существ» из Космоса.