Fallout 4 - это экшн-ролевая игра, в условиях открытого мира. Геймплей похож на Fallout 3 и Fallout: New Vegas, две предыдущие основные итерации серии. Но в отличие от предыдущих двух, геймплеем занимались id Software. Вернувшиесб в игру функции включают камеру, которая может переключаться между перспективой от первого лица и третьего лица. Также Fallout 4 представляет новые функции, включая многослойную бронесистему, построение базы, систему диалога с 111000 строк диалога и систему крафта, которая реализует каждый предмет в игре. Такие враги, как Кротовые Крысы, Рейдеры, супермутанты, Когти Смерти и Дикие Упыри, возвращаются вместе со спутником Догмеа.
Игрок имеет возможность кочевать в мире игры, если игрок открыл определенное место, он может быстро путешествовать к нему. Оружие можно настроить; игра включает более 50 орудий, которые можно изготовить с различными модификациями, такими как типы стволов и лазерный фокус, с более 700 доступных модификаций. Power Armor был переработан таким образом, чтобы его можно было менять, позволяя игроку добавлять предметы, такие как реактивный рюкзак или выбирать отдельные типы брони для каждой части костюма.