Undertale là trò chơi nhập vai sử dụng hệ thống góc nhìn từ trên-xuống và chơi theo lượt.[1] Trong trò chơi, người chơi điều khiển một nhân vật và hoàn tất các mục tiêu để tiếp tục câu chuyện.[2] Người chơi sẽ đi khám phá thế giới dưới lòng đất, và bắt buộc phải giải tất cả các câu đố trên đường đi của họ.[2][3] Thế giới dưới lòng đất là nhà của những con quái vật, và nhiều trong số chúng sẽ thách đấu người chơi;[3] người chơi sẽ quyết định giết, tha, hoặc làm bạn với chúng.[2][4]

Khi người chơi chạm trán với những con quái vật, người chơi sẽ vào chế độ chiến đấu. Trong suốt trận đấu, người chơi sẽ điều khiển một trái tim -đại diện cho linh hồn, và tránh những đợt tấn công của các con quái vật (đại loại như tránh những viên đạn).[2][3] Trong quá trình chơi, những thứ mới sẽ xuất hiện, như boss (hay trùm) sẽ chiến đấu với bạn.[5] Người chơi có thể tấn công quái vật để nhận EXP (execution point - điểm tử hình, dựa trên số lượng quái vật người chơi đã giết, không phải điểm kinh nghiệm - experience point) và vàng.[6] Hoặc thay vào đó, người chơi có thể dùng ACT (hành động) và MERCY (tha thứ) để không tấn công quái vật.[2] Nếu người chơi chọn đúng những mục trong ACT phù hợp với mỗi quái vật, họ có thể tha thứ cho chúng thay vì giết chúng.[7] Và cũng tương tự như vậy với boss, người chơi phải sống sót cho đến khi đoạn hội thoại xuất hiện. Cốt truyện của trò chơi phụ thuộc vào cách người chơi giết hoặc tha thứ những con quái vật; và cũng như thế, người chơi có thể hoàn thành trò chơi mà không giết chết kẻ thù nào.[8]

Quái vật sẽ nói chuyện với người chơi trong suốt trận đấu, và trò chơi sẽ nói cho người chơi biết những con quái vật đó sẽ cảm thấy thế nào và hành động ra sao.[9] Cách thức tấn công của quái vật phụ thuộc vào cách người chơi tương tác với chúng: người chơi không dùng bạo lực, sự tấn công của chúng sẽ yếu đi, và tương tự nếu dùng bạo lực thì chúng sẽ mạnh lên.[3][9] Khi người chơi reset (tái khởi động lại) trò chơi, những cuộc đối thoại sau này sẽ bị thay đổi phụ thuộc vào cách bạn chơi trước đó.[10]