Spelet utspelar sig i en alternativ post-nukleär värld i en namnlös del av det forna Sovjetunionen (troligen i den europeiska delen). I spelets universum bröt ett kärnvapenkrig ut mellan Sovjetunionen och USA 1986. Spelaren styr en vanlig medlem av den hemliga organisationen ATOM, som överlevde kärnkriget och diskret övervakar världen omkring. År 2005 skickade ATOM:s ledning spelaren för att söka efter expeditionen ledd av general Morozov, som åkte för att hämta värdefull teknik, men kontakten med dem bröts. På den gemensamma kartan kan spelaren fritt röra sig mellan spelets platser, de största av vilka är staden Krasnoznamenny, vars ledning strävar efter att återskapa före kriget sovjetisk verklighet, och handelsbyn Peregon. På den gemensamma kartan kan spelaren möta mutantdjur, handelskaravaner, grupper av stalkers, banditer, slavhandlare, utövare av "destruktiva sekter", samt besöka slumpmässiga platser.
Karaktärsutvecklingssystemet är närmast SPECIAL-systemet (Fallout). Huvudparametrar ställs in vid skapandet av karaktären, och begränsade möjligheter för att öka dem lite kommer först på senare stadier av spelet. För varje nivå får man erfarenhetspoäng som kan användas för att öka färdighetsnivån i olika vapen, teknologier och sociala färdigheter, samt specialpoäng som kan användas för att köpa specialförmågor.