Stocke, một đặc vụ phục vụ vương quốc Alistel, có được White Chronicle, một di vật hùng mạnh cho phép du hành qua các dòng thời gian khác nhau. Người chơi phải quay lại những khoảnh khắc then chốt trong lịch sử để thay đổi sự kiện và ngăn cả lục địa rơi vào tình trạng sa mạc hóa.
Chiến đấu diễn ra trên một lưới ô và tập trung vào vị trí chiến thuật. Người chơi có thể hất kẻ địch di chuyển trên chiến trường 3x3 để gom chúng lại, gây sát thương lớn hơn bằng các đòn tấn công diện rộng và xây dựng chuỗi combo dài thông qua các đòn đánh phối hợp của cả nhóm.
Câu chuyện diễn ra qua một bản đồ theo nút, theo dõi tiến trình trên hai thực tại riêng biệt. Mỗi lựa chọn có thể quyết định các nhân vật quan trọng sống hay chết, định hình lại cục diện chính trị, và xác định xung đột lớn cuối cùng sẽ kết thúc như thế nào.
Radiant Historia kết hợp hệ thống du hành thời gian phức tạp với một cốt truyện chính trị nhiều lớp. Trò chơi cũng làm nổi bật Nintendo DS qua phong cách thiết kế nhân vật đặc trưng và chiều sâu chiến thuật vốn hiếm thấy trong các game nhập vai cầm tay.