Robokill: Titan Prime è uno sparatutto futuristico, con visuale dall'alto, ambientato nello spazio. Il giocatore controlla un umano all'interno di un robot simile a un mech che viene inviato per liberare la stazione spaziale Titan Prima, in orbita attorno a Marte, da un'invasione di robot. Il gioco consiste in tre episodi con dieci livelli in totale e il primo episodio è disponibile gratuitamente.
Ogni livello consiste in una serie di stanze connesse che devono essere liberate. È presente anche una personalizzazione simile a quella dei giochi di ruolo, in quanto il robot può essere equipaggiato contemporaneamente con fino a quattro diverse armi, scudi e oggetti medici. Alcuni di questi vengono lasciati cadere dai nemici o nascosti in casse, ma una grande quantità può anche essere acquistata al negozio. Ogni nemico distrutto fornisce esperienza e il robot può salire di livello con caratteristiche migliori. Alcune delle armi disponibili sono blaster, lanciagranate e fucili a pompa. Esistono diversi tipi per ciascuno (anche con restrizioni di livello) e alcuni hanno abilità speciali come una maggiore cadenza di fuoco, il respingimento o il congelamento del nemico.
Gli oggetti possono essere acquistati utilizzando icone di contanti. Quando si muore, il giocatore può tornare perdendo denaro e alcune stanze saranno state recuperate dal nemico. Il robot è controllato tramite la tastiera mentre il mouse è usato per mirare e sparare. Gli oggetti vengono equipaggiati in un inventario e alcune stanze dispongono di punti di trasporto che consentono spostamenti rapidi, accessibili tramite una mappa aerea. In questo modo, è possibile tornare immediatamente al negozio e vendere gli oggetti recuperati.
La maggior parte delle stanze è composta da più nemici e sono tutti robot, che vanno da ragni a velivoli volanti e torri di guardia. Ognuno di essi ha abilità diverse e la loro forza è solitamente indicata da un colore (dal verde al blu e al rosso). Ci sono anche alcune trappole, inclusi gli agguati. Sarà necessario dedicare del tempo alla scelta degli upgrade, poiché alcuni ripristinano lo scudo durante il combattimento, forniscono copertura extra o offrono vantaggi solo quando la battaglia è terminata. La maggior parte delle missioni richiede al giocatore di raggiungere un punto specifico, solitamente dopo aver attraversato un certo numero di porte che richiedono una specifica key card, ma a volte è necessario completare prima una serie di obiettivi.