Atomix tapahtuu leikkikentällä, joka koostuu useista seinistä, joiden atomit ovat hajallaan.
Pelaajan tehtävänä on koota atomeista molekyyli. Atomit on järjestettävä vastaamaan tarkasti näytön vasemmalla puolella näkyvää molekyyliä.
Pelaaja voi valita atomin ja siirtää sitä mihin tahansa neljästä pääsuunnasta. Siirretty atomi liukuu yhteen suuntaan, kunnes se osuu seinään tai toiseen atomiin.
Palapelien ratkaiseminen vaatii strategista suunnittelua atomien siirtämisessä, ja myöhemmillä tasoilla, joilla on vähän vapaata tilaa, jopa valmiille molekyylille tilan löytäminen voi olla ongelma. Kun molekyyli on koottu, pelaajalle annetaan pisteet; mitä nopeammin palapeli valmistui, sitä korkeampi pistemäärä.
Jokainen palapeli on suoritettava määräajassa. Osa pelaajan pisteistä voidaan käyttää epäonnistuneen palapelin käynnistämiseen uudelleen. Koko peli koostuu 30 vaikeusasteisesta pulmapelistä.
Lisäksi jokaisen viiden palapelin jälkeen on bonustaso, jossa pelaajan on siirrettävä eri määrillä nestettä täytettyjä laboratoriopulloja järjestelläkseen ne tyhjistä täyteen.