Игрок выступает в роли физика Игоря Химинюка, ранее работавшего на Чернобыльской атомной станции, страдающего от потери близкого человека в катастрофе 30 лет назад, который возвращается в зону бедствия, чтобы найти свою невесту Татьяну Амалиеву. Большая часть однопользовательского геймплея вращается вокруг изучения Зоны отчуждения, сбора материалов и инструментов при столкновении со сталкерами и враждебным военным персоналом. Игрок также вынужден принимать решения, которые влияют на нелинейную сюжетную линию. Найденные ресурсы позволяют создавать собственное оборудование и оружие. Любой персонаж может умереть, и каждая задача может быть провалена. Глубоко в загрязнённой окружающей среде также находятся сверхъестественные угрозы, вызванные кристаллическим и крайне радиоактивным силикатом циркония с высоким содержанием урана (от 6 до 12%) — «чернобылитом» (Zr0.96-0.90U0.05-0.10)SiO4, созданным последствиями ядерного взрыва.