Aksi permainan berlangsung di dunia pasca-apokaliptik alternatif di bagian yang tidak disebutkan dari bekas Uni Soviet (kemungkinan di bagian Eropa). Di alam semesta permainan, pada tahun 1986, sebuah perang nuklir meletus antara Uni Soviet dan AS. Pemain mengendalikan anggota biasa dari organisasi rahasia ATOM, yang selamat dari perang nuklir dan secara diam-diam mengamati dunia di sekitarnya. Pada tahun 2005, pimpinan ATOM mengirim pemain untuk mencari ekspedisi Jenderal Morozov, yang berangkat untuk mencari teknologi berharga, tetapi komunikasi dengan mereka terputus. Di peta umum, pemain dapat bergerak bebas antara lokasi permainan, yang terbesar adalah kota Krasnoznamenny, yang kepemimpinannya berusaha untuk mereproduksi realitas Soviet sebelum perang, dan pemukiman pedagang Peregon. Di peta umum, pemain dapat menghadapi makhluk mutan, karavan pedagang, kelompok stalker, perampok, pedagang budak, pengikut "sekte destruktif", serta mengunjungi lokasi acak.
Sistem pengembangan karakter paling mendekati sistem SPECIAL (Fallout). Parameter utama ditetapkan saat menciptakan karakter, dan peluang terbatas untuk meningkatkannya hanya muncul di akhir permainan. Untuk setiap level, poin keterampilan diberikan, yang dapat digunakan untuk meningkatkan tingkat penguasaan berbagai jenis senjata, teknologi, dan keterampilan sosial, serta poin khusus yang dapat digunakan untuk keterampilan khusus.