El juego, situado en tras un tiempo no determinado tras la primera parte, amplia la mecánica de portales de la primera parte e introduce nuevos personajes—Wheatley, uno de los núcleos de personalidad de GLaDOS, y Cave Johnson, fundador y presidente difunto de Aperture Science—y tres nuevos geles que añaden habilidades como grandes saltos, deslizamientos y creación de zonas de portales.