Игровой процесс вращается вокруг Переносного устройства создания порталов (англ. Aperture Science Handheld Portal Device) — вымышленного устройства, которое позволяет создавать два портала. Порталы ограничены плоскими поверхностями. В одно и то же время могут быть открыты только два портала, различающиеся по цвету — голубой и оранжевый. При открытии нового портала ранее открытый портал того же цвета закрывается. Кроме этого, порталы одного цвета могут открываться поверх друг друга, в то время, как «противоположный» по цвету портал должен быть открыт в стороне. Порталы сохраняют кинетическую энергию и импульс проходящего сквозь себя тела, что часто используется при решении головоломок. В этом случае порталы необходимо открывать с таким расчётом, чтобы перед входом в один портал игрок набирал кинетическую энергию, а после выхода из другого тратил её на преодоление препятствия.
Сквозь портальный проход нельзя открывать иные порталы, однако могут проходить игрок и предметы. В устройство создания порталов также встроен упрощённый вид манипулятора энергетического поля нулевого уровня из Half-Life 2, который позволяет поднимать предметы и перемещать их в пространстве в непосредственной близости от себя. Открытие порталов по умолчанию привязано к кнопкам мыши, а манипуляции с предметами осуществляются с помощью клавиатуры. Также игрок может передвигаться на корточках и подпрыгивать, но эти способности в большинстве случаев не используются — многие препятствия можно и необходимо преодолевать с помощью порталов.