Lối chơi của Project Sekai chú trọng việc nhấn vào các nốt âm nhạc rơi theo hướng từ trên xuống, người chơi phải nhấn (tap), giữ (hold), trượt (slide) và lướt nhẹ (flick) các nốt tương ứng. Với mỗi lần chơi, người chơi có 1000 máu để hoàn thành một bài hát, nếu thanh máu tuột về 0 thì màn chơi kết thúc. Do đó, người chơi có thể chỉnh tốc độ rơi nốt và độ khó bài hát tùy theo khả năng. Trò chơi còn hỗ trợ Live Boost để gia tăng phần thưởng nhận được sau mỗi lần chơi, vì mang cơ thế của game free-to-play, người chơi vẫn tiếp tục chơi được cho dù họ hết boost.

Người chơi nhận điểm kinh nghiệm và pha lê bằng hoàn thành một bài hát và đọc hội thoại của nhân vật. Các đoạn hội thoại được trình bày dưới dạng visual novel, nhiều hội thoại được thêm vào sau mỗi sự kiện. Điểm kinh nghiệm dùng để nâng cao cấp độ của người chơi và của nhóm nhạc, nâng cao cấp độ nhóm nhạc mở khóa thêm câu chuyện của nhóm. Pha lê là loại tiền tệ trong game dùng để nhận các loại thẻ thông qua hệ thống gacha (thẻ bốn sao là hiếm nhất), ngoài phương thức nhận miễn phí, người chơi có thể dùng tiền thật để mua pha lê.

Trò chơi gồm hai chế độ: Solo Live và Multi Live. Solo Live là chơi một người, Multi Live là chế độ xếp ngẫu nhiên năm người chơi với nhau và chơi cùng một bài hát. Ngoài ra còn có Virtual Live, một tính năng cho người chơi xem các buổi hòa nhạc thực tế ảo sử dụng mô hình 3D, cũng như tương tác với người chơi khác thông qua chat.