На одном из космических кораблей происходит авария: при попытке пройти через измерение телепорт из-за неполадок срабатывает неправильно, и экипаж разбрасывает по разным порталам. На борту остается навигатор Виолетта. Она связывается с командором Виридианом, который отправляется к кораблю с энергетическим брелоком. Его задача — устранить последствия сбоя, уберечь членов команды от опасностей и собрать их вместе. Дальнейший ход сюжета зависит от того, в каком порядке удастся спасать персонажей.

В любом случае нужно попасть в заброшенную лабораторию и найти доктора Викторию, затем добраться до Зоны Телепортов и помочь инженеру Вердигрису. За профессором Вителлари предстоит отправиться на другую космическую станцию, а также найти Вермиллиона. Встретившись с первым спасенным членом экипажа, герои перемещаются в полярное измерение и доставляют его к телепорту. Так же нужно поступить с каждым из остальных персонажей. На пути встречаются препятствия, в том числе системы охраны, которые придется отключать.

После спасения последнего члена экипажа Виридиан находит и выключает стабилизатор измерения VVVVVV — именно он стал причиной аварии. Командор оказывается в космосе, но команда его спасает. Вместе они решают починить неисправный портал. Для этого в финале нужно собрать по пути 20 брелоков. После активации телепорта экипаж попадает на секретную базу, где хранятся записи исследований VVVVVV и способы его восстановления.

Игрок исследует открытый мир с ловушками и врагами. У героя нет оружия, а прикосновение к противнику смертельно. Он может прыгать и менять направление гравитации, в том числе ходить по потолку, чтобы избегать врагов. Прохождение устроено как последовательность комнат-платформеров: каждая представляет собой головоломку, решение которой нужно найти по ходу игры.