本作与系列之前的作品一样都是第一人称射击游戏，游戏剧情由一连串的章节串连，玩家在沿途上会遇到各类敌人与盟友。游戏间玩家除了要战斗外，也必须解决一些考智难题才能继续游戏。游戏内也有新的操作动作（如按Shift会冲刺），而为了能保持剧情的连贯性，会有特殊的教学任务让玩家快速上手。游戏时，画面左下方至右下方分别是生命值、防护衣电量显示与武器弹药量。在游戏中，玩家会拿到各种武器用来打击敌人。另外在游戏刚开始时，玩家就可以拿到游戏的代表武器重力枪，重力枪是玩家解决考智难关的好帮手，而强化后的重力枪更可以用来与敌人战斗。 游戏主角戈登的伙伴爱丽克斯·凡斯在本作中有相当重要的地位，因此开发团队特别为其设计一套人工智能。开发团队为了强调其独特性，形容爱丽克斯的程序代码为“人性化的”，与其他角色的人工智能代码作对比。游戏内的爱丽克斯不会像其他角色一样，重复同样的台词或是在战斗时采取相同的路线。举例而言，在地下的场景中，玩家可以打开手电筒让爱丽克斯对付敌人，达到节省弹药的目的。另外，爱丽克斯在战斗时也会在战略位置就位，或是在激烈驳火中掩护玩家到达特定目的地。 本作的剧情紧接在《半条命2》后。正当戈登被G-Man抽离爆炸现场，而爱丽克斯有生命危险时，时间暂停并且出现了数只紫色弗地岗人。他们利用传送能力成功将爱丽克斯带离爆炸现场，并且干扰G-Man的行动，强行将戈登脱离G-Man的控制，而这也惹的G-Man不高兴。 爱丽克斯通过连络装置与克莱纳博士对话，从图中还可看出HDR光影技术以及Phong着色法。