Machinarium, steampunk tarzında bir macera bulmaca oyunudur. Oyunun amacı, tek bir bütün halinde bağlı olan birkaç bulmacayı çözmektir. Oyunun bir diğer özelliği, oyuncunun karakterinin erişiminin olduğu bir nesneyle yalnızca bir kez etkileşime girebilmesidir. Ayrıca, bu oyunda diyaloglar yoktur, bu nedenle oyuncunun hangi dilde konuştuğu önemli değildir. Oyun içindeki karakterin düşünceleri animasyonlu resimler şeklinde gösterilmektedir.
Oyun ayrıca üç aşamalı bir ipucu sistemine sahiptir. Her levelde, oyuncu bir kez ipucu alabilir ve bu ipucu, oyun sırasında özel bir hazineye dönüşmektedir. Machinarium ayrıca, bulmacaların toplanma sonuçlarını taslaklar şeklinde görmeyi de sağlar.
Oyunun başında, izleyici Machinarium şehrini gözlemlemektedir. Oyuncunun karakteri, atık olarak atılan Joseph adında bir robottur (Çek yazar Karel Čapek’in kardeşi Joseph Çapek’in ismine atıfta bulunulmuştur), kendini yeniden inşa eder ve şehrin etrafında bir yolculuğa çıkar. Hikaye ilerledikçe, siyah pelerinli kardeşliğin komplosunu ortaya çıkarır; şehir kulesini havaya uçurmaya çalışmaktadırlar. Ancak burada yakalanır ve hapsedilir.