Rozgrywka W Half-Life 2: Episode One gracz steruje Gordonem Freemanem i porusza się po liniowych poziomach. Rozgrywka jest podzielona na sekcje związane ze strzelaniem i zagadkami opartymi na fizyce. W Episode One zamiast oddzielnego samouczka, mechanika rozgrywki jest pokazana podczas samej fabuły. Na ekranie gracz widzi swoje życie, energię i amunicję. W trakcie gry gracz dostaje nowe bronie. W przeciwieństwie do Half-Life 2, gdzie pierwszą bronią Gordona jest łom, gracz dostaje gravity gun, który pozwala graczowi przenosić przedmioty w jego otoczeniu zarówno podczas walki, jak i rozwiązywania zagadek.
Sztuczna inteligencja Alyx Vance, kompana Gordona, została zaprojektowana specjalnie do współpracy z graczem tak, żeby uzupełniać jego zdolności. Twórcy określili programowanie Alyx do Episode One jako „kod osobowości” zamiast „kodu sztucznej inteligencji”, żeby podkreślić rolę Alyx i stworzyć z niej wiarygodną postać. Została tak zaprojektowana, aby uniknąć wykonywania wielokrotnie tej samej rzeczy, na przykład powtarzania tego samego dialogu albo jednego schematu w walce. Przykładem współdziałania jest walka w podziemiach. Gracz może oszczędzać swoją amunicję, używając latarki, żeby oświetlić nadchodzących wrogów, do których strzela Alyx.