Игровой процесс Fallout 4 в целом схож с Fallout 3 и Fallout: New Vegas. Игрок, управляя протагонистом в режиме от первого или от третьего лица, взаимодействует с различными персонажами, которые могут сотрудничать с ним или вступить в конфликт. Перемещение по миру и бои происходят в реальном времени с возможностью замедления времени в режиме V.A.T.S..
Победа над противниками и выполнение заданий от неигровых персонажей приносит очки опыта. Набрав достаточное количество опыта, игрок получает возможность повысить уровень своего персонажа и улучшить его характеристики.
По окончании сюжетной линии игру можно продолжить. Максимальный уровень протагониста не ограничен.[6]
Известно, по крайней мере некоторые реплики главного героя озвучены. Это значительно отличает Fallout 4 от предыдущих игр серии, где протагонист был безмолвен.
