Yume Nikki — сюрреалистический квест о Хиккимори Мадоцуки, которая исследует полные необычных образов и персонажей миры сновидений. Пока девушка бодрствует, она может ходить только по своей комнате и балкону: покинуть дом ей не удаётся. В игре нет диалогов, действий немного, а сюжет прост. Среди доступных дома предметов — дневник, телевизор, показывающий лишь таблицу, и приставка с примитивной мини-игрой.

Чтобы попасть в мир снов, Мадоцуки нужно уснуть. Через балкон она добирается до Нексуса — отправной точки с двенадцатью дверями в странные вселенные. В них героиня встречает существ и получает от них предметы и эффекты: без этих находок игру не завершить. Всего эффектов 24; они меняют внешность Мадоцуки и дают ей отдельные способности. Собранные эффекты понадобятся в Нексусе в финале.

Среди встречающихся во сне персонажей есть Ситаи, или трупы: они находятся на участке дороги в Dense Woods B и дают Stoplight — эффект светофора. Убоа — черно-белая маска, после встречи с которой героиню переносит в место без выхода; её можно встретить в Pink Sea. Там же, в вигваме, живёт мирная Понико, способная превратиться в Убоа, если выключить свет. Сэкком Масада — человекоподобное существо в чёрном костюме и с белым лицом; он играет на пианино и обитает на космолёте.

В Белой пустыне живут Моноэ и Моноко. Моноэ выглядит как обычная девочка и телепортируется при контакте с Мадоцуки. Моноко, предположительно, её сестра; применив Stoplight, можно увидеть настоящий облик Моноко. Кюкю — крупное радужно окрашенное существо, преимущественно красное: оно трёт лестничные перила и издаёт звуки.

Миры снов отличаются друг от друга, они велики и иногда переплетаются, поэтому порой приходится возвращаться прежним путём. В путешествии Мадоцуки может использовать эффекты или проснуться, ущипнув себя за щёку. Среди существ есть торинингены — люди с птичьими клювами, настроенные как мирно, так и враждебно. Убить героиню они не способны, но отправляют её в место, из которого нельзя выбраться; после этого прохождение нужно начинать заново.