Atomix findet auf einem Spielfeld statt, das aus mehreren Wänden besteht, auf denen die Atome verstreut sind.
Der Spieler hat die Aufgabe, aus den Atomen ein Molekül zusammenzusetzen. Die Atome müssen so angeordnet werden, dass sie genau mit dem Molekül übereinstimmen, das auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt wird.
Der Spieler kann ein Atom auswählen und es in eine der vier Himmelsrichtungen bewegen. Ein bewegtes Atom gleitet weiter in eine Richtung, bis es auf eine Wand oder ein anderes Atom trifft.
Das Lösen der Rätsel erfordert eine strategische Planung beim Bewegen der Atome, und auf späteren Ebenen mit wenig freiem Platz kann es sogar ein Problem sein, Platz für das fertige Molekül zu finden. Sobald das Molekül zusammengesetzt ist, erhält der Spieler eine Punktzahl; Je schneller das Puzzle gelöst war, desto höher die Punktzahl.

Jedes Puzzle muss innerhalb eines Zeitlimits abgeschlossen werden. Ein Teil der Punktzahl des Spielers kann ausgegeben werden, um ein fehlgeschlagenes Puzzle neu zu starten. Das gesamte Spiel besteht aus 30 Rätseln mit steigendem Schwierigkeitsgrad.
Darüber hinaus gibt es nach jeweils fünf Rätseln ein Bonuslevel, in dem der Spieler mit verschiedenen Flüssigkeitsmengen gefüllte Laborflaschen bewegen muss, um sie von leer nach voll zu ordnen.