SpaceChem - головоломка, в которой вы выступите в роли инженера космической станции. Вы занимаетесь исследованиями, проводя химические реакции, ядерное деление или синтез. Кампания состоит из эпизодов, которые в свою очередь разделены на несколько этапов. На каждом из них необходимо программировать два манипулятора реактора. Эти этапы делятся на следующие категории: исследовательские, производственные и оборонительные. Исследовательская стадия подразумевает собой взаимодействие с реактором. В производственном предстоит соединять реакторы трубами, снабжая их химическими элементами. Оборонительные же заключаются в экшене, где вы отбиваетесь от монстров, которые пытаются уничтожить станцию SpaceChem.

Каждый реактор имеет два входа и два манипулятора-уолдо. Манипуляторы движутся по направлению, заданному вами. Вы можете запрограммировать их на следующие действия: захват, отпускание, поворот, производство соединения/разделения химических связей, ядерное слияние/деление. Вам требуется получить соединение, указанное на выходе. Решив головоломку, вам будет предоставлена статистика, в которой указывается количество затраченных циклов, использованных реакторов и инструкций. Она показывает ваши личные достижения и сравнивает ее с другими игроками. Соревнуйтесь с лучшими игроками, пытаясь затрачивать как можно меньше циклов, чтобы получить конечный результат.