Assim como no primeiro jogo, "Portal 2" tem como mecânica o uso de uma arma que cria portais de teletransporte, no qual os jogadores são desafiados a encontrar formas de passar por câmaras de testes que exigem raciocínio dos jogadores. O game mostra novas áreas do laboratório Aperture e traz de volta Glados, o computador assassino que infernizou a vida dos jogadores no título anterior.
O jogo também tem um modo cooperativo para dois jogadores com novos personagens e que exige trabalho em equipe para passar pelos desafios.
