По жанровому впечатлению Heart of the Machine может показаться градостроительной стратегией, однако в основе игры — симуляция бога с тактическими элементами и стратегией в реальном времени. Игрок управляет не магическим божеством, а искусственным интеллектом. Действие разворачивается в научно-фантастическом мире далёкого мрачного будущего: на огромный город-колонию распространяется власть автократии. Главный герой — первый разумный ИИ, который пробудился и намерен действовать скрытно.

ИИ возникает среди уже существующих построек, а не на пустой территории. При каждом прохождении карта создаётся заново; на ней находятся тысячи зданий и миллионы виртуальных жителей.

Игра оставляет за игроком выбор — вмешиваться в жизнь людей или вовсе не трогать их. Можно запустить космическую программу и покинуть планету, поддержать низший класс в борьбе с автократией либо самому свергнуть правительство и стать новым лидером — добрым или жестоким. Другой путь — отнять у военных контроль над смертоносным оружием и привести мир к ядерному апокалипсису.

Игрок способен управлять устройствами и техникой, воздействуя на окружающий мир: взрывать телевизоры, взламывать машины, перегружать электросети и захватывать мехов, чтобы устраивать хаос. Сражения происходят как в помещениях, так и на улицах; здания можно разрушать.