Atomix foregår på en legeplads bestående af en række vægge, hvor atomerne er spredt ud over det.
Spilleren har til opgave at samle et molekyle fra atomerne. Atomerne skal arrangeres, så de nøjagtigt matcher det molekyle, der vises i venstre side af skærmen.
Spilleren kan vælge et atom og flytte det i en af de fire kardinalretninger. Et flyttet atom bliver ved med at glide i én retning, indtil det rammer en væg eller et andet atom.
At løse gåderne kræver strategisk planlægning i at flytte atomerne, og på senere niveauer med lidt ledig plads kan selv finde plads til det færdige molekyle være et problem. Når molekylet er samlet, får spilleren en score; jo hurtigere puslespillet blev fuldført, jo højere score.
Hvert puslespil skal fuldføres inden for en tidsgrænse. En del af spillerens score kan bruges til at genstarte et mislykket puslespil. Hele spillet består af 30 puslespil med stigende sværhedsgrad.
Derudover er der efter hvert femte puslespil et bonusniveau, hvor spilleren skal flytte laboratoriekolber fyldt med forskellige mængder væske for at arrangere dem fra tomme til fulde.