El apartado de juego individual de Portal 2 presenta un reparto de nuevos personajes dinámicos, un anfitrión de elementos de puzle, y una serie de cámaras de pruebas mucho más grandes y retorcidas. Los jugadores explorarán áreas nunca vistas de los Laboratorios de Ciencia de Apertura y se reunirán con GLaDOS, el ordenador compañero de viaje, a veces asesino, que les guió en el juego original.
En el apartado de modo cooperativo, el juego incorpora una campaña completamente separada con una historia única, cámaras de pruebas, y dos nuevos personajes. Este nuevo modo de partida obliga a los jugadores a reflexionar sobre todo lo que creían saber sobre los portales. Para tener éxito en las pruebas los jugadores no solo deberán complementarse, sino que también deberán pensar de forma cooperativa.