Trace Memory theo chân Ashley Mizuki Robbins, cô bé 13 tuổi, khi em đặt chân đến đảo Blood Edward để tìm người cha đã mất tích từ lâu. Câu chuyện tập trung vào những cuộc gặp gỡ của em với một hồn ma tên D, trong khi người chơi lần lần ghép lại các mảnh ký ức bị chôn vùi thông qua đối thoại và quan sát kỹ lưỡng.
Lối chơi được xây dựng quanh việc khám phá theo kiểu trỏ và nhấp trong tòa biệt thự đổ nát trên đảo và vùng đất xung quanh. Trò chơi tận dụng rất tốt phần cứng Nintendo DS, yêu cầu người chơi tương tác bằng bút stylus, thổi vào micro, và thậm chí gập hệ máy lại để hoàn thành một số câu đố môi trường nhất định.
Trò chơi sử dụng phong cách hình ảnh vẽ tay, được bổ sung bởi các chân dung nhân vật tĩnh mang cảm hứng anime trong lúc đối thoại. Nhịp độ của game được chủ ý giữ chậm rãi, nhấn mạnh vào bầu không khí, khám phá và việc tìm hiểu cốt truyện hơn là lối chơi nhanh hay dựa vào phản xạ.