Rozgrywka w Fallout: New Vegas jest dokładnym odzwierciedleniem mechaniki ukazanej w Fallout 3. Kontrolujemy tu zatem nieustannie rozwijającego się bohatera, a akcję obserwujemy z widoku TPP lub FPP (w zależności od osobistych upodobań). Powraca także system walki o nazwie V.A.T.S., umożliwiający m.in. zatrzymanie upływu czasu i namierzanie konkretnych części ciała przeciwnika (w zależności od liczby posiadanych punktów akcji).

Do dyspozycji gracza oddano wiele nowych perków i możliwości (część z nich dotyczy chociażby walki na bliski dystans). Wśród nowości znalazły się również niedostępne wcześniej bronie, jak np. karabin przypominający M4, czy też minigun. Broń można modyfikować, by polepszyć jej właściwości (np. zwiększyć pojemność magazynka lub dodać do karabinu myśliwskiego celownik optyczny). Nasze działania w czasie rozgrywki wpływają nie tylko na karmę, ale i popularność w oczach poszczególnych stron konfliktu.

W grze nie mogło zabraknąć kilku nowości. Pierwszą z nich jest system tworzenia i modyfikowania przedmiotów. W specjalnych miejscach gracze mogą więc produkować naboje, gotować posiłki i tworzyć mikstury chemiczne. Kolejną ciekawostką jest tryb „hardcore”, który znacznie utrudnia zabawę. Twórcy produkcji podrasowali też między innymi system wydawania rozkazów kompanom.

Oprawa graficzna powstała w oparciu o zmodyfikowany silnik graficzny pochodzący z The Elder Scrolls IV: Oblivion, wykorzystany także w Fallout 3. Dzięki niemu autorzy byli w stanie opracować szczegółowy świat, cechujący się dobrze wymodelowanymi obszarami otwartymi oraz zachęcającymi do odwiedzin wnętrzami rozmaitych budowli.