《原子陨落》这款生存动作冒险游戏采用了弱引导设计，将玩家扔到一个陌生的世界中，前进的方向也只有零星几个线索可寻。玩家需要面对道德困境选择与哪些性格迥异的NPC结盟、又要背叛哪些阵营，游戏中还隐藏着许多支线谜团，这些线索可以通过对话或者是在游戏世界的众多独特建筑中找到被遗弃的文件夹获取。有些谜题可以通过话术解决，而有些则以暴力收场。
与其他开放世界游戏不同的是，《原子陨落》不会在屏幕顶部的罗盘上明确指示下一步怎么走，而是通过更加自然的方式来引导玩家前进。需要自己解开各种谜题，比如测量地图上的经纬度坐标，解读某个地点的模糊描述，或是注意远处农舍烟囱里升起的炊烟。游戏的主要战斗发生在地堡洞穴等地下设施中，敌人包括掠夺者、德鲁伊狂信徒、变异生物以及杀手机器人，如果贸然闯入他们的地盘很可能会被瞬间消灭。
《原子陨落》虽然也采用了沙盒式设计，玩家可以从多个入口接近敌人据点，但这并不代表在游戏早期就可以单枪匹马。玩家操控的角色更像是一个普通人，在灾难发生5年后才从地堡里出来，因此近战攻击相当无力，使用生锈的霰弹枪或步枪时装填速度也比较慢，剧烈运动后心率会飙升甚至会影响武器的稳定性。
游戏中在拿到弓箭之后潜行玩法大大加强，弓箭的优势在于它几乎不会发出任何声响，因此可以在暗中逐步削弱敌方的力量而不暴露自己的行踪。此外大多数情况下都能从敌人身上回收射出的箭矢，很少会面临弹药短缺的情况，不像霰弹枪那样弹药总是入不敷出。
游戏的技能树分为四大类，远程、近战、生存以及体能，每个类别下都有九种独特的技能可供选择。如果偏好近战战斗可以选择提升每次近战击杀后能造成的额外伤害，或者增强踢击效果，使敌人受到更长时间的硬直等技能。游戏的制作系统同样直截了当，在环境中收集到的废金属、玻璃或液体都会归入同一个资源池，可用于制作绷带、土雷，甚至是更强力更完美的废土枪械。游戏后期这些升级版的手枪和步枪在对付更强的敌人时不可或缺，而且游戏允许玩家随时随地制作物品，不需要特意寻找工作台，这极大提升了便利性。
