ВАЛЛ‑И продолжает убирать мусор на Земле, которую люди давно покинули. С появлением исследовательского робота ЕВЫ у него впервые возникает причина оставить привычный маршрут. Их путешествие начинается среди груд отходов и продолжается на борту «Аксиомы».

ВАЛЛ‑И ездит на гусеницах, прыгает с трамплинов и пробивает себе путь через нагромождения ящиков. Он подбирает и бросает предметы, использует рычаги и терминалы. Лазер с приближением помогает точнее поразить цель, а солнечный свет восстанавливает энергию. На открытых участках приходится следить за песчаной бурей. В эпизодах за ЕВУ меняется само движение: она может летать и стрелять с воздуха.

Сбор аккумуляторов и задачи с прыжками чередуются с короткими гонками и стрельбой. На корабле героям противостоят охранные роботы, но среди его обитателей находятся и союзники. Отдельные мини-игры позволяют соревноваться в гонках и сражениях на общем экране. Для управления подходят клавиатура и геймпад.