Trò chơi có 4 kiểu chơi khác nhau, được gọi bởi nhà phát triển là "Combat" (chiến đấu), "Stealth" (lén lút), "Hacking", và "Social" (xã hội). Người chơi có thể chuyển đổi giữa tất cả kiểu chơi chơi bất cứ khi nào họ muốn, và một số kiểu chơi có thể dùng chung với nhau. Ví dụ, hack không thành công có thể dẫn đến báo động và bắt đầu một cuộc chiến, và kỹ năng xã hội có thể giúp người chơi tiến vào một số khu vực nhất định một cách dễ dàng hơn (do đó tránh sự cần thiết để lén lút hoặc chiến đấu).

Trong loạt game, Augmentations là công nghệ sửa đổi cơ thể con người giúp cung cấp cho người sử dụng các khả năng siêu nhân. Trong khi augmentations trong hai trò chơi đầu tiên dựa trên công nghệ nano, Human Revolution thay vào đó sử dụng augmentations cơ học vì nó đi trước trò chơi đầu tiên theo thứ tự thời gian. Khi người chơi tiến diễn thông qua trò chơi, họ có thể kích hoạt augmentations phục vụ cho mỗi cách chơi [15]. Những augmentation này được mở khóa bằng cách nhận đủ kinh nghiệm để lên cấp hoặc bằng cách mua Praxis Kit, từ phòng khám L.I.M.B để người chơi nhận được điểm kỹ năng Praxis.

Trong khi nhân vật của người chơi có khả năng mang lại cái chết đến cho kẻ thù, người chơi không bao giờ bị buộc phải gây chết người, ngoại trừ đấu boss. Vì vậy, việc sử dụng vũ lực gây chết người sẽ trở thành một sự lựa chọn đạo đức cho người chơi. Trong thực tế, người chơi được trao thành tựa/chiến tích Pacifist bằng cách hoàn thành toàn bộ trò chơi (bao gồm chương mở đầu) mà không có bất kỳ NPC nào chết bởi người chơi. Điều này không chỉ bao gồm các hành động trực tiếp như nhân vật của người chơi bắn và giết chết đối phương, mà còn các phương pháp gián tiếp như lập trình lại robot an ninh và tháp pháo để bắn và tiêu diệt kẻ thù. Thậm chí giết người tình cờ như nhân vật người chơi vô hiệu hóa không gây chết người khiến NPC rơi vào nước nhiễm điện hoặc bờ vực cũng sẽ làm cho người chơi không thể kiếm được Pacifist, trừ khi dùng điểm save gần nhất. Các đối thủ duy nhất mà người chơi có thể giết chết và vẫn nhận được Pacifist là boss cũng như các NPC không phải con người như robot an ninh.

Augmentations, trong khi tăng cường hiệu suất của người chơi trong mỗi cách chơi, cũng cho phép người chơi xây dựng các phương pháp chơi riêng của họ nếu cảm thấy phù hợp. Ví dụ, người chơi có thể ưu tiên augmentations giúp nâng cao sức mạnh chiến đấu hoặc khả năng hack của nhân vật của người chơi trong khi (chủ yếu hoặc hoàn toàn) có thể bỏ qua mà vẫn có thể hoàn thành mục tiêu của nhiệm vụ.

Mỗi đơn vị của đối phương sẽ có một người chỉ đạo hành động của nhóm. Nếu người chỉ đạo bị loại bỏ, nhóm sẽ rơi vào tình trạng lộn xộn. Kẻ thù cũng phản ứng với các quyết định của người chơi, chẳng hạn như thay đổi hành vi hoặc vũ khí [15], Khác với Invisible War, vũ khí sẽ bắn các loại đạn dược riêng biệt thay vì cùng một loại đạn duy nhất. Chúng cũng có thể được nâng cấp như trong Deus Ex thông qua một loạt các "mod vũ khí" để cải thiện hiệu suất, chẳng hạn như giảm thời gian nạp đạn, tăng kích thước băng đạn, thêm một thiết bị laser nhắm mục tiêu để tăng chính xác [13].

Khác với các trò chơi trước đây, Human Revolution sử dụng cơ chế hồi máu. Sự thay đổi này được thực hiện bởi vì nhà phát triển không muốn người chơi rơi vào một tình huống mà họ không thể tiếp tục do thấp máu và bị buộc phải tìm "túi cứu thương" và thực phẩm. Trong chiến đấu, chỉ cần tiếp xúc với cuộc tấn công của đối phương trong thời gian ngắn là đủ để giết chết người chơi, khiến việc hồi màu chỉ là một nhân tố chính giữa lúc chiến đấu. Người chơi tuy nhiên vẫn có thể sử dụng thuốc (chẳng hạn như thuốc giảm đau) và các đồ uống có cồn khác nhau để tái tạo máu của nhân vật, và thậm chí guíp nâng máu lên hai lần bình thường [16].

Tương tự như vậy, trò chơi cũng có hệ thống tự tái tạo năng lượng thay vì sử dụng item như trước kia. Trong khi người chơi vẫn sẽ cần phải sử dụng các item để nạp từng tế bào năng lượng của họ, tế bào đầu tiên hoặc bất kỳ tế bào vơi đi một phần sẽ dần dần nạp lại. Mặc dù người chơi có thể nâng cấp số tế bào năng lượng trong mục kỹ năng, cuối cùng chỉ có các tế bào đầu tiên sẽ tự động nạp lại khi hoàn toàn cạn kiệt.

Một thay đổi lớn trong Deus Ex: Human Revolution là làm nổi bật các vật dụng mà người chơi có thể tương tác, được giải thích thông qua cốt truyện là augmentation tầm nhìn chiến thuật. Tính năng này có thể được nhìn thấy trong lần xem trước của trò chơi vào tháng 3 năm 2011 [17]. Tính năng này có thể tắt được trong trò chơi [18] Human Revolution chủ yếu là góc nhìn thứ nhất nhưng có thể chuyển sang góc nhìn thứ ba lúc ẩn nấp, leo thang, kích hoạt một số augmentation nhất định hoặc cận chiến [19].