Atomix ocorre em um campo de jogo que consiste em várias paredes, com os átomos espalhados por toda parte.
O jogador tem a tarefa de montar uma molécula a partir dos átomos. Os átomos devem ser organizados para corresponder exatamente à molécula exibida no lado esquerdo da tela.
O jogador pode escolher um átomo e movê-lo em qualquer uma das quatro direções cardeais. Um átomo movido continua deslizando em uma direção até atingir uma parede ou outro átomo.
Resolver os quebra-cabeças requer planejamento estratégico para mover os átomos e, em níveis posteriores, com pouco espaço livre, até encontrar espaço para a molécula completa pode ser um problema. Uma vez que a molécula é montada, o jogador recebe uma pontuação; quanto mais rápido o quebra-cabeça foi concluído, maior a pontuação.

Cada quebra-cabeça deve ser concluído dentro de um limite de tempo. Uma parte da pontuação do jogador pode ser gasta para reiniciar um quebra-cabeça com falha. O jogo inteiro consiste em 30 quebra-cabeças de dificuldade crescente.
Além disso, a cada cinco quebra-cabeças, há um nível de bônus onde o jogador deve mover frascos de laboratório cheios de várias quantidades de líquido para organizá-los de vazios a cheios.