Fallout 4 - це екшн-рольова гра, в умовах відкритого світу. Геймплей схожий на Fallout 3 та Fallout: New Vegas, дві попередні основні ітерації серії. Але на відміну від попередніх двох, геймплеєм займались id Software. Повернені до гри функції включають камеру, яка може перемикатися між перспективою від першої особи та третьої особи. Також Fallout 4 представляє нові функції, включаючи шарувату бронесистему, побудову бази, систему діалогу з 111 000 рядків діалогу та систему крафта, яка реалізує кожен предмет у грі. Такі вороги, як Кротові Щури, Рейдери, Супермутанти, Кігті Смерті та Дикі Упирі, повертаються разом із супутником Догмеа.
Гравець має можливість вільно кочувати у світі гри , якщо гравець відкрив певне місце, він може швидко подорожувати до нього. Зброю також можна налаштувати; гра включає понад 50 гармат, які можна виготовити з різними модифікаціями, такими як типи стовбурів та лазерний фокус, із понад 700 доступних модифікацій. Power Armor було перероблено таким чином, щоб його можна було змінювати, дозволяючи гравцеві додавати предмети, такі як реактивний рюкзак або вибирати окремі типи броні для кожної частини костюму.