Sinasundan ng Trace Memory si Ashley Mizuki Robbins, 13 taong gulang, habang dumarating siya sa Blood Edward Island upang hanapin ang matagal na niyang nawawalang ama. Nakatuon ang kuwento sa mga pagharap niya sa isang multo na nagngangalang D, habang unti-unting tinutuklas ng mga manlalaro ang mga piraso ng napigilang alaala sa pamamagitan ng mga pag-uusap at masusing pagmamasid.
Nakabatay ang gameplay sa point-and-click na paggalugad sa sirang mansiyon sa isla at sa lupang nakapaligid dito. Malakas nitong ginagamit ang hardware ng Nintendo DS, na hinihiling sa mga manlalaro na makipag-ugnayan gamit ang stylus, hipan ang mikropono, at pati isara mismo ang system upang malutas ang ilang environmental puzzle.
Gumagamit ang laro ng hand-drawn na visual style, na sinasamahan ng mga static na portrait ng mga karakter na may impluwensiyang anime sa mga diyalogo. Sadyang mabagal ang pacing nito, na nagbibigay-diin sa mood, paggalugad, at pagtuklas sa kuwento kaysa sa mabilis na aksyon o gameplay na nakabatay sa reflex.