Robots at Midnight помещает игрока в роль Зои, героини, которая пробуждается после 20 лет в криогенном сне. Она оказывается на Йобе, планете, пришедшей в упадок и населенной машинами, которые когда-то служили местному населению. Чтобы выжить, ей предстоит сражаться с группами поврежденных роботов и их главарями. Главная задача героини — отыскать своего отца, пропавшего во время события, известного как The Blackout. В ходе этих поисков предстоит раскрыть тайны прошлого планеты Йоб.

В основе боевой системы Robots at Midnight лежит космическая перчатка The MITT — инструмент для исследований, переделанный для сражений. Персонаж использует это устройство, чтобы отталкиваться от неприятелей, перемещаться по воздуху и мощно атаковать оппонентов. Такой способ ведения боя построен на инерции, что вынуждает героиню постоянно находиться в движении во время схваток. Передвижение и схватки тесно связаны, а мобильность становится ключевым компонентом для навигации в битвах и в самом мире.

Успешный игровой процесс требует найти свой ритм и отточить навыки для дальнейшего продвижения. Исследование мира и его истории является фундаментальной частью геймплея. Управляя Зои, можно обнаружить утерянные технологии и восстановить хронологию крушения планеты. Игра предлагает определить место героини в новом будущем. Прохождение доступно в двух режимах: один ориентирован на сюжет, а второй предназначен для проверки рефлексов и стратегического мышления в более сложных условиях.