В Genome Guardian действие разворачивается в микроскопическом мире, населённом организмами — от безвредных до опасных. Чтобы защититься от враждебной среды, игроки смешивают нуклеотиды ДНК и создают биооружие. Игра посвящена не только выживанию: препятствия меняются от прохождения к прохождению, поэтому приходится приспосабливаться и преодолевать их.

Успех в каждой сессии зависит и от продуманного плана, и от быстрой реакции. В основе игрового процесса лежат четыре нуклеотида: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Они влияют на оружие по-разному: аденин увеличивает скорострельность, цитозин — точность, гуанин позволяет распределять урон между врагами, а тимин добавляет взрывную мощь.

Сочетая нуклеотиды, можно получать гибридное биооружие, приспособленное к встречающимся препятствиям. Разные комбинации предлагают множество стратегий, а задания не повторяются. В игре шесть режимов, и каждый отличается собственными испытаниями и глубиной.