Portal 2 es la secuela de Portal y ofrece el mismo modo de juego de plataformas y puzles en primera persona. Los jugadores continúan la historia asumiendo el papel de la joven Chell, que derrotó al sistema informático de inteligencia artificial GLaDOS en el primer juego. Después de los acontecimientos del primer juego, quedó en estado de estasis hasta que finalmente despertó de nuevo. La secuela vuelve a tener lugar en Aperture Science Labs, que ahora está invadido por la descomposición y la naturaleza. Mucho más que en el primer juego, Chell pasa por las limpias cámaras de prueba y explora el sombrío entorno industrial del laboratorio. Al igual que en el primer juego, la mecánica del juego se basa en portales. Si disparas un portal inicial y otro final a superficies adecuadas, se pueden atravesar ciertos huecos infranqueables. Al igual que en el primer juego, también hay muchas cámaras de prueba en las que hay que resolver acertijos, utilizando cubos, torretas, plataformas y trucos especiales para portales para ganar mucha velocidad. GLaDOS vuelve a molestar a Chell y ella planea vengarse de su destrucción, pero hay una gran cantidad de giros que hacen que su papel sea muy diferente al del primer juego. Chell recibe ayuda de Wheatley, un pequeño robot que le abre las entradas y le proporciona información ingeniosa sobre el entorno. Entre los nuevos elementos de la jugabilidad de la secuela se incluyen puentes de luz, redirección de láser y geles similares a la pintura, incorporados a través del trabajo del proyecto estudiantil Tag: The Power of Paint . Los geles proporcionan velocidad adicional, un salto o neutralizan los efectos. También se pueden usar con objetos como cubos o torretas. El modo cooperativo para dos jugadores del juego es completamente nuevo y cuenta con su propia campaña completamente independiente con una historia única, cámaras de prueba y dos nuevos personajes para jugadores (Atlas y P-body). La versión para PlayStation 3 incorpora algunos elementos del conjunto de herramientas de Steamworks y permite partidas multiplataforma contra jugadores de PC.