Need for Speed: Undercover place le joueur dans la peau d'un policier infiltré au sein d'un syndicat criminel mondial. Située dans la région de Tri-City, l'histoire suit un conducteur qui travaille de l'intérieur pour démanteler des réseaux de courses illégaux en gagnant des courses et en accomplissant des missions dangereuses.
Le jeu propose le système 'Wheelman', axé sur l'évasion à grande vitesse et la conduite de précision. Les joueurs gagnent des points de respect dans des courses en circuit, sprint et contre-la-montre, débloquant des améliorations de performance et des options cosmétiques pour une gamme de voitures sous licence.
Des mécanismes intenses de poursuite policière exigent des manœuvres tactiques pour échapper aux forces de l'ordre. La version Nintendo DS utilise l'écran tactile pour les menus et le réglage, tandis que l'écran supérieur affiche les données de course en temps réel et les conditions de circulation.
Notable pour avoir adapté l'expérience console en version portable, cette version se concentre sur une course arcade rapide. Elle constitue une entrée distincte dans la série, utilisant les deux écrans pour offrir une vue dégagée de la route lors d'actions à grande vitesse.