Sundan ng Time Hollow si Ethan Kairos, isang batang nakatagpo ng mahiwagang panulat na kayang bumukas ng mga butas sa panahon. Nang maglaho ang kanyang mga magulang, kailangan niyang isulat muli ang mga pangyayari mula sa nakaraan upang maitama ang kanyang timeline.
Nakatuon ang gameplay sa paggalugad ng mga lokasyon at sa pagguhit ng mga bilog sa touch screen ng Nintendo DS upang makabuo ng mga temporal na rift. Sa pamamagitan ng mga bukás na ito, puwedeng panoorin ng mga manlalaro ang mga pangyayaring naganap noon at maglagay ng mga bagay sa mga iyon para mabago ang mangyayari sa kasalukuyan.
Malaking diin ng laro ang dayalogo at mga branching na landas ng kuwento. Nakabatay ang pag-usad sa paghahanap ng tamang mga pahiwatig at sa paggamit ng Hollow Pen sa tamang sandali upang makalagpas sa mga hadlang.