Undertale es un juego de rol, cuyo sistema de combate, en turnos, está constituido por dos fases. La fase defensiva en la cual el jugador maneja un pequeño corazón que representa su alma y tiene que esquivar los proyectiles que le envía el enemigo, de modo similar a un shoot 'em up. La segunda fase es ofensiva, en la cual el jugador puede elegir entre atacar, utilizar un objeto, o tratar de modo específico a cada adversario.
A medida que el juego progresa, se incluyen nuevos elementos, como obstáculos de colores que requieren que el jugador permanezca quieto (representados por el color azul) o se mueva a través de estos (representados por el color naranja). Las batallas contra los jefes cambian la forma de control del corazón. Además, los puntos de guardado aparecen con frecuencia en los escenarios, rellenando la salud del jugador mientras guarda su progreso.