Atomix tiene lugar en un campo de juego que consta de varias paredes, con los átomos dispersos por todas partes.
El jugador tiene la tarea de ensamblar una molécula a partir de los átomos. Los átomos deben organizarse para que coincidan exactamente con la molécula que se muestra en el lado izquierdo de la pantalla.
El jugador puede elegir un átomo y moverlo en cualquiera de los cuatro puntos cardinales. Un átomo movido sigue deslizándose en una dirección hasta que golpea una pared u otro átomo.
Resolver los acertijos requiere una planificación estratégica para mover los átomos y, en niveles posteriores con poco espacio libre, incluso encontrar espacio para la molécula completa puede ser un problema. Una vez que se ensambla la molécula, el jugador recibe una puntuación; cuanto más rápido se completaba el rompecabezas, mayor era la puntuación.

Cada rompecabezas debe completarse dentro de un límite de tiempo. Se puede gastar una parte de la puntuación del jugador para reiniciar un rompecabezas fallido. El juego completo consta de 30 rompecabezas de dificultad creciente.
Además, después de cada cinco acertijos, hay un nivel de bonificación en el que el jugador debe mover frascos de laboratorio llenos de varias cantidades de líquido para organizarlos de vacíos a llenos.