Геймплей Black Mesa, несмотря на всю схожесть игры на оригинальную Half-Life, все же претерпел ряд изменений различной степени значимости. Прежде всего выделяется возможность бежать ускоренно (спринт), появление бинокля, были добавлены и сигнальные факелы, которые в процессе горения могут поджигать противников.
Была добавлена система достижений, внедрена реалистичная физика, позволяющая разрывать в клочья врагов обычным оружием, фрагменты тел можно подбирать и бросать, изменено количество максимально возможных переносимых боеприпасов (в меньшую сторону), быстрее тратится боекомплект глюонной пушки, турели можно перепрограммировать, поднимать и переставлять на другое место, причем у них ограничен боезапас.
Попутно разработчики изменили местонахождение монтировки и порядок получения разных экземпляров оружия, фонарик не разряжается и может светить постоянно.
Ряд новшеств получил и мир Зен, львиная доля которого создана с нуля (добавлены новые кристаллы: голубой заряжает костюм, зеленый - восполняет запасы урана-235, используемого глюонной пушкой или тау-пушкой, а в целебных душах восстанавливается одновременно здоровье и заряд костюма.
