В Antichamber привычная логика пространства постоянно меняется: в одной комнате можно пройти над землёй, а в другой — неожиданно упасть в бездну. Единственное неизменное место — «прихожая» со схематичной картой уже пройденного пути. Сюжета и повествования здесь нет: каждая новая комната становится отдельным экспериментом и испытанием.

Исследовать предстоит открытый мир с многочисленными развилками; у каждой комнаты предусмотрено несколько выходов. По ходу игры открываются способности, а на определённом этапе появляется пушка. С её помощью можно перемещать разноцветные кубы, останавливать лазеры и решать оптические головоломки. Игроку также доступно строительство мостов и лестниц.

Головоломки отличаются высокой сложностью и порой абсурдными решениями, причём трудность меняется резкими скачками, а не растёт постепенно. Локации оформлены лаконично и ярко. В некоторых из них размещены плакаты с неявными подсказками; найденные листовки можно повторно просматривать в меню. Решённые головоломки отмечаются на карте, откуда в любое время можно вернуться к нужному этапу. Это путешествие среди зрительных иллюзий и парадоксов.