Fallout 4 - это ролевая игра с открытым миром в стиле своих предшественников, Fallout 3 и Fallout: New Vegas. Среди новых геймплейных особенностей - возможность переключаться между перспективами от первого и третьего лица, открытый мир с возможностью свободного перемещения, разнообразные варианты боя (включая оружие, взрывчатку, безоружных и ближний бой), многочисленные побочные задания наряду с более линейной основной линией, которая разветвляется к своему завершению, опции диалога, влияющие на маршрут разговора, и выбор компаньонов, которые помогают в бою.
Система навыков S.P.E.C.I.A.L. также возвращается, позволяя игроку решать, насколько важны определенные навыки для его персонажа (S.P.E.C.I.A.L. - аббревиатура от Strength, Perception, Endurance, Charisma, Intelligence, Agility, and Luck) при повышении уровня. Функция перков изменена: теперь они привязаны к дереву навыков, а их доступность зависит от ранга навыков S.P.E.C.I.A.L., с которыми они связаны. Вместо перка "Интенсивная тренировка" появилась возможность повысить ранг любого из навыков S.P.E.C.I.A.L. путем повышения уровня, вместо выбора перка. Pip-Boy можно приобрести в самом начале игры, и он предоставляет доступ к статистике игрока, инвентарю, картам и информации о заданиях, как и в предыдущих играх, с дополнительной функцией игры в мини-игры, которые можно найти по всему Содружеству. Игрок также может воспользоваться приложением Pip-Boy, чтобы получить доступ к меню Pip-Boy, а не использовать внутриигровую функцию. HP (очки здоровья) и AP (очки действия) возвращаются в качестве основной статистики, а состояние оружия и брони убирается. Для восстановления HP можно использовать стимпаки, кровати и другие расходные материалы, такие как вода или телевизионные обеды. В отличие от предыдущих игр, воздействие радиации напрямую влияет на максимальное здоровье игрока и может быть уменьшено только с помощью RadAway или платной помощи врача. AP восстанавливается со временем и может быть использовано для спринта или атаки с помощью системы Vault-Tec Assisted Targeting System (V.A.T.S.), замедляющей время и дающей игроку возможность выбирать цель, причем успех в бою зависит от точности, которая сама зависит от таких факторов, как дальность оружия, расстояние до цели и препятствия на пути цели.
Среди новых особенностей - отсутствие ограничения по уровню, что позволяет игроку полностью максимизировать свои навыки и получить все привилегии, полностью озвученные мужские и женские главные герои, а также обширная система ремесел. Игрок может готовить еду, изготавливать лекарства, добавлять разнообразные модификации к оружию и броне, а также строить действующие поселения. Поселения могут быть обеспечены пищей, очищенной водой, электроэнергией, системами обороны, жильем и магазинами, привлекающими торговцев и поселенцев. Игрок может получить материалы для строительства, собирая предметы, которые можно деконструировать по всей пустоши (классифицируемые в Pip-Boy как "хлам") или деконструируя ненужные объекты, такие как рухнувшие дома или поваленные деревья, все это можно поместить в мастерскую для последующего использования.
История Fallout 4 начинается в 2077 году, в альтернативной ретрофутуристической временной линии, которая разошлась с реальным миром после Второй мировой войны. В пользу миниатюризации электроники мировые правительства сосредоточились на развитии ядерной энергии как источника питания, что привело к созданию силовой брони, лазерного оружия и роботов-домовиков. Однако, несмотря на эти технологические достижения, мир находится в состоянии кризиса, поскольку ресурсы ограничены, а ядерная война неизбежна. В это время настраиваемый персонаж игрока живет мирной жизнью в пригородном районе Бостона, штат Массачусетс, со своей супругой и маленьким сыном. Однако мирная жизнь прерывается, когда в дверь семьи стучится представитель Vault-Tec. Он сообщает персонажу, что их семья недавно получила разрешение на вход в хранилище 111, одно из многих хранилищ, построенных Vault-Tec в качестве убежища от угрозы ядерного холокоста. За этим визитом следует сообщение о ядерной атаке, и у семьи не остается другого выбора, кроме как укрыться в хранилище 111, где их обманом вводят в состояние криосна. 210 лет спустя, в 2287 году, персонаж игрока выходит из хранилища, начиная свое путешествие по постапокалиптической пустоши.