Trace Memory mengikuti Ashley Mizuki Robbins yang berusia 13 tahun ketika dia tiba di Blood Edward Island untuk mencari ayahnya yang telah lama hilang. Cerita ini memusatkan perhatian pada pertemuannya dengan seorang hantu bernama D, sambil pemain menyingkap cebisan demi cebisan ingatan yang terpendam melalui perbualan dan pemerhatian dekat.
Permainan dibina di sekitar penerokaan point-and-click merentasi rumah agam pulau yang usang dan kawasan tanah di sekelilingnya. Ia memanfaatkan perkakasan Nintendo DS dengan sangat baik, meminta pemain berinteraksi menggunakan stylus, meniup ke dalam mikrofon, dan juga menutup sistem itu sendiri untuk menyelesaikan beberapa teka-teki persekitaran tertentu.
Permainan ini menggunakan gaya visual lukisan tangan, dilengkapi potret watak statik berinspirasikan anime semasa dialog. Rentak permainannya sengaja dibuat perlahan dan terukur, dengan penekanan pada suasana, penerokaan, dan penemuan cerita berbanding aksi pantas atau permainan yang bergantung pada refleks.