Ang Need for Speed: Undercover ay naglalagay sa mga manlalaro sa papel ng isang undercover na pulis na pumapasok sa isang pandaigdigang sindikato ng krimen. Itinakda sa lugar ng Tri-City, sinusundan ng kuwento ang isang driver na nagtatrabaho mula sa loob upang lansagin ang mga ilegal na network ng karera sa pamamagitan ng pagkapanalo sa mga karera at pagkumpleto ng mga mapanganib na misyon.
Itinatampok ng laro ang 'Wheelman' system, na nagbibigay-diin sa mabilisang pag-iwas at tumpak na pagmamaneho. Ang mga manlalaro ay kumikita ng respeto puntos sa pamamagitan ng circuit, sprint, at checkpoint na mga karera, na nagbubukas ng mga performance upgrade at cosmetic options para sa isang hanay ng mga lisensyadong sasakyan.
Ang matinding police chase mechanics ay nangangailangan ng taktikal na maniobra upang makatakas sa mga awtoridad. Ang bersyon ng Nintendo DS ay gumagamit ng touch screen para sa mga menu at tuning, habang ang top screen ay nagpapakita ng real-time na data ng karera at kondisyon ng trapiko.
Kapansin-pansin sa pag-angkop ng console experience sa handheld, ang bersyong ito ay nakatuon sa mabilisang arcade racing. Ito ay nakatayo bilang isang natatanging entry sa serye, gamit ang dual screens upang magbigay ng malinaw na tanawin ng kalsada sa panahon ng high-speed action.