Игра переносит в альтернативную Англию 1950-х годов, где последствия ядерной катастрофы привели к изоляции целого региона. Это шутер с элементами выживания и детективной истории, в котором предстоит не только сражаться за жизнь, но и разгадывать тайны прошлого.
Главный герой просыпается в бункере, не зная, кто он и как сюда попал. Первые же шаги на поверхности ведут в зону отчуждения в Камбрии — регионе, где авария на атомной станции изменила всё. В отличие от привычного постапокалипсиса, мир Atomfall не полностью погряз в разрухе: простые жители пытаются сохранить нормальный уклад жизни, а среди зеленых холмов и лесов ещё работают телефонные будки и лавки. Однако за этим кажущимся спокойствием скрывается хаос — среди выживших хватает фанатиков, преступников и мутантов.
Вместо привычных квестов в игре — зацепки. Подслушанный разговор, найденная записка или загадочная находка могут привести к разгадке тайн. Можно следовать разным нитям повествования, но при этом часть истории неизбежно останется за кадром. Персонажи ведут себя не как безусловные союзники: они могут врать, преследовать свои интересы или даже предавать.
В Atomfall всегда не хватает ресурсов. Патроны приходится экономить, аптечки — искать, а если закончится еда, выживание станет ещё сложнее. Вместо привычной валюты действует система бартера: каждый найденный предмет может стать ценным при обмене.
Враги бывают разными: от обычных людей, готовых на всё ради выживания, до мутантов, обитающих в подземельях. А ещё есть роботы — грозные механические стражи, охраняющие закрытые зоны. Открытый бой не всегда лучший выход, иногда лучше просто избежать столкновения.