Atelier Iris 2 có sự cải thiện đáng kể về lối chơi so với phần trước đó ở nhiều khía cạnh. Trò chơi độc đáo ở chỗ người chơi có thể xoay tua giữa 2 nhân vật Felt và Viese. Phần lớn trò chơi người chơi sử dụng Felt, tập trung vào hoạt động thám hiểm và chiến đấu. Còn Viese thì thiên về hoạt động Synthesis, tức là chế tạo item, đồng thời có thể tham chiến với vai trò hỗ trợ. Việc xoay tua giữa 2 nhân vật là cần thiết để tiến triển cốt truyện, và người chơi có thể làm điểu này ở bất kỳ save point (điểm lưu trò chơi) nào. Nhân vật có thể di chuyển đến nhiều khu vực và thị trấn khác nhau trên bản đồ và nhấn vào biểu tượng của chúng để khám phá.

Cơ chế chiến đấu là đánh theo lượt với thanh Time Gauge để người chơi biết được khi nào đến lượt mình và đối thủ, chỉ số Speed sẽ quyết định thứ tự lượt. Người chơi có thể chọn tối đa 3 nhân vật cho đội hình chính và có thể thay thế họ trong trận chiến bằng thành viên dự bị. Trong trận chiến, nhân vật tham chiến có thể sử dụng Charge Attack để nạp skill point, Break Attack để trì hoãn lượt của đối thủ, sử dụng nhiều loại item khác nhau, phòng thủ hoặc bỏ chạy. Skill point được sử dụng để tung chiêu đặc biệt, mỗi nhân vật sẽ có bộ chiêu thức khác nhau. Trì hoãn lượt của đối thủ và đẩy chúng vào mốc nào đó của thanh Time Gauge sẽ khiến chúng rơi vào trạng thái 'break', tức là chúng sẽ bị choáng và người chơi có thể thực hiện chuỗi tấn công. Mỗi khi thắng trận, cả đội sẽ nhận được điểm kinh nghiệm và điểm kỹ năng để lên cấp và học chiêu mới.

Là phần định hình cho loạt trò chơi, Atelier Iris 2 có cơ chế tùy chỉnh và chế tạo item được gọi là giả kim. Item có thể được chế tạo dựa trên công thức và nguyên liệu cần thiết. Chúng được phân thành 3 mục: có thể tiêu thụ, trang bị và đồ cần thiết để tiến triển cốt truyện. Dựa trên nguyên liệu được sử dụng, item có thể mang nhiều thuộc tính khác nhau để tăng tính hiệu quả. Chỉ có Viese mới có thể thực hiện chế tạo item ở workshop, mỗi khi item tiêu thụ được tạo ra, người chơi có thể cập nhật công thức cho nó. Bằng cách đó, item cùng loại có thể nhận thuộc tính mới và ngay cả Felt cũng có thể sản xuất item, miễn là người chơi kiếm được đủ lượng mana element cần thiết từ việc thám hiểm và chiến đấu. Người chơi có thể tìm kiếm công thức mới xuyên suốt trò chơi, nhiều trong số chúng là cần thiết để tiến triển cốt truyện.

Trong đội của Felt, mọi thành viên đều có thể trang bị 2 phụ kiện và 2 item giả kim. Ngoài việc tăng chỉ số, item giả kim có thể bổ sung thêm kỹ năng mỗi khi trang bị. Khi người chơi kiếm đủ điểm kỹ năng thông qua chiến đấu, nhân vật có thể thuần thục kỹ năng đó và sử dụng nó vĩnh viễn. Người chơi không thể đổi vũ khí cho nhân vật nhưng có thể nâng cấp nó bằng hệ thống tương tự Synthesis.