No início do jogo, o jogador escolhe entre X e Zero. Ambos cruzam as mesmas fases, mas operam diferentemente e enfrentam diferentes desafios. Têm que desviar de múltiplos obstáculos como detritos caindo, espinhos e destruir robôs inimigos se quiserem chegar ao fim das fases.
X utiliza seu tradicional X-Buster, usado para ataques à distância. Pode ser carregado para disparar tiros mais poderosos. Ele pode executar dashs para se mover mais rápido, ou também pular o mais alto que pode para conseguir alcançar lugares difíceis. Quando derrota um dos Mavericks ganha a sua respectiva arma que dispara um tiro similar. Porém, tem munição limitada, que é mostrada numa barra de energia ao lado do nível de saúde. Em algumas fases, ele encontra cápsulas que contêm peças que aumentam suas habilidades. Zero utiliza seu Z-Saber, sendo este mais orientado corpo a corpo. Apesar de sofrer mais danos que X, o poder e a mira de seu Z-Saber compensam. Nem todas as técnicas são baseadas em armas, mas são aprendidas a partir dos chefes, como as que aumentam seu movimento (como o dash em pleno ar ou o pulo duplo). Dos outros, ele ganha técnicas de batalha.
