XCOM: Enemy Within расширяет борьбу с инопланетным вторжением, знакомую по Enemy Unknown. Управление базой, найм солдат, исследования и производство дополняют тактические вылазки. Нужно осматривать места крушения НЛО, изучать захваченных пришельцев и развивать систему наблюдения над странами.

Новый ресурс «Состав» приходится добывать быстро: контейнеры на заданиях ограничены по времени. Он нужен для развития генетических улучшений и кибернетического направления. Лаборатории открывают усиленных оперативников и бойцов MEC с особыми возможностями; их снаряжение позволяет использовать огнемёты, гранатомёты и разрушение укрытий.

Дополнительные враги требуют новых защитных решений и более внимательного позиционирования. Вместе с пришельцами против XCOM действует человеческая организация EXALT, использующая чужие технологии. Скрытые операции помогают искать её базу и бороться с саботажем. Исследования, сооружения и экипировка увеличивают число вариантов развития и нагрузку на ресурсы.