Atomix se déroule sur un terrain de jeu composé d'un certain nombre de murs, avec les atomes dispersés partout.
Le joueur est chargé d'assembler une molécule à partir des atomes. Les atomes doivent être disposés pour correspondre exactement à la molécule affichée sur le côté gauche de l'écran.
Le joueur peut choisir un atome et le déplacer dans l'une des quatre directions cardinales. Un atome déplacé continue de glisser dans une direction jusqu'à ce qu'il heurte un mur ou un autre atome.
Résoudre les énigmes nécessite une planification stratégique pour déplacer les atomes, et aux niveaux ultérieurs avec peu d'espace libre, même trouver de la place pour la molécule terminée peut être un problème. Une fois la molécule assemblée, le joueur reçoit un score ; plus le puzzle est terminé rapidement, plus le score est élevé.

Chaque puzzle doit être terminé dans un délai imparti. Une partie du score du joueur peut être dépensée pour redémarrer un puzzle raté. L'ensemble du jeu se compose de 30 puzzles de difficulté croissante.
De plus, toutes les cinq énigmes, il y a un niveau bonus où le joueur doit déplacer des flacons de laboratoire remplis de différentes quantités de liquide pour les arranger de vide à plein.