Call of Duty: World at War possui tema mais maduro que os títulos anteriores da série. A jogabilidade de World at War divide vários recursos com interações anteriores da franquia. Mais uma vez, jogadores lutam ao lado de parceiros controlados pelo computador. Eles ajudam durante as missões providenciando cobertura de fogo, abatendo inimigos e limpando salas para se entrar.

Quando jogado na versão do Wii , em vez de usar um controle, como exigido nas versões de Xbox 360 e PlayStation 3 , pode ser usado um acessório opcional. Uma arma conhecida como Wii Zapper pode ser usada. A Zapper, ou Wii Remote e Nunchuk, podem ser usadas para mirar em alvos de tiro, simulando um tiro ao alvo.

O jogo retorna para a era da Segunda Guerra Mundial, reintroduzindo armas e tecnologia que já foram vistas em outros jogos da franquia Call of Duty, incluindo a sub-metralhadora Thompson, o fúzil Mosin-Nagant e o lança-rojão Panzerschreck. O jogador ganha accesso a elas durante o curso do jogo, mas só pode carregar até duas armas, em adição às granadas-de-mão. Armas de soldados mortos podem ser apanhadas para substituir armas no arsenal do jogador. Os jogadores podem também encontrar armas com equipamentos adicionais, incluindo fúzis equipados com lança-granadas, miras telescópicas e baionetas.

Um personagem pode posicionar-se numa das três posturas: de pé, agachado ou deitado; cada um afectando o desempenho do personagem se mover, pontaria e visibilidade. Usar cobertura ajuda o jogador a evitar fogo inimigo, ou recuperar energia após sofrer um dano signifante, uma vez que não se possui colete ou kits de medicamento. Quando o personagem sofre dano, os cantos do ecrã brilham de vermelho e os batimentos cardiacos aumentam. Se ele não sofrer mais danos, ele pode-se recuperar. Quando o personagem está dentro da área de explosão de uma granada viva, um marcador indica a direção da granada, ajudando o jogador a decidir se vai fugir ou atirar de volta ao inimigo.