El juego consta principalmente de una serie de rompecabezas que deben ser resueltos teletransportando al personaje y objetos simples usando el «Aperture Science Handheld Portal Device», un dispositivo que puede crear portales interespaciales entre dos superficies planas. El personaje, Chell, es desafiada por una inteligencia artificial llamada GLaDOS (Genetic Lifeform and Disk Operating System) para completar cada puzle en el Aperture Science Enrichment Center usando el arma de portales, con la promesa de recibir una tarta cuando complete todos los rompecabezas. La física única del juego permite que se mantenga el impulso a través de portales, lo que requiere un uso creativo de estos para maniobrar mediante las cámaras de prueba. Este elemento en Portal se basa en un concepto similar al del juego Narbacular Drop; muchos de los miembros del equipo del DigiPen Institute of Technology que trabajaron en Narbacular Drop fueron contratados por Valve para la creación de Portal.