Portal представляет собой приключенческую головоломку с видом от первого лица. Челл оказывается в научном комплексе Aperture и должна испытать устройство, способное открывать порталы. За её продвижением следит робот GLaDOS: он подсказывает, что делать и куда направляться.

Обучение проходит на первых этапах и знакомит с работой устройства. Создавать порталы разрешено только на определённых поверхностях; одновременно можно сформировать лишь один вход и один выход. Открытые порталы отмечены синим и оранжевым цветами и показывают, что находится за другой стороной. Закрытые отображают только свой цвет. В лаборатории встречаются нажимные плиты: для их активации на них нужно перемещать большие кубы с помощью высокотехнологичной пушки. По мере прохождения уровней локации становятся сложнее и опаснее для Челл.

Чтобы преодолевать огромные расстояния, героиня использует порталы и законы физики. Ей также предстоит сражаться с турелями и избегать крупных выбросов радиоактивных отходов. Челл должна разобраться в устройстве лаборатории, покинуть испытательные зоны и отыскать GLaDOS, чтобы сразиться с роботом. Путь к противнику лежит через новые испытания.