Fallout 4 - це екшн-рольова гра в умовах відкритого світу. Геймплей схожий на Fallout 3 та Fallout: New Vegas, дві попередні основні ітерації серії. Але на відміну від попередніх двох, геймплеєм займалися id Software. Функції, що повернулисб в гру, включають камеру, яка може перемикатися між перспективою від першої особи і третьої особи. Також Fallout 4 представляє нові функції, включаючи багатошарову бронесистему, побудову бази, систему діалогу з 111000 рядків діалогу та систему крафту, яка реалізує кожен предмет у грі. Такі вороги, як Кротові Щури, Рейдери, супермутанти, Кігті Смерті та Дикі Упирі, повертаються разом із супутником Догмеа.
Гравець може кочувати у світі гри, якщо гравець відкрив певне місце, він може швидко подорожувати до нього. Зброю можна налаштувати; гра включає більше 50 знарядь, які можна виготовити з різними модифікаціями, такими як типи стволів та лазерний фокус, з більш ніж 700 доступних модифікацій. Power Armor було перероблено таким чином, щоб його можна було змінювати, дозволяючи гравцеві додавати предмети, такі як реактивний рюкзак або вибирати окремі типи броні для кожної частини костюма.