Operation Lovecraft: Fallen Doll погружает игроков в эротичные приключения, что представлены в форме трехмерного секс-симулятора с анимешными девчонками. Атмосфера в игре выполнена в сеттинге научной-фантастики с элементами мифологии Древнего Ктулху. Геймеры получают возможность взять под управление ассистента-нейробиолога, что прибывает с Мискатоникского университета и отправляется сотрудничать с доктором Аней, что изучает рассудок и влияние сверхъестественных ужасов на сознание человека.

В процессе прохождения Operation Lovecraft: Fallen Doll, юзерам придется наблюдать за сценами с сексуальными оргиями и хентаем, находясь на карликовой планете Юготте, что находится на отшибе Солнечной системы. Юзеры смогут ознакомиться с 300 кат-сценами, где выйдет свободно масштабировать и менять ракурсы камеры. Также можно взаимодействовать с персонажами и оказывать на них влияние прикосновениями и прочими действиями. В игре присутствуют элементы стратегической боевки с пошаговым режимом сражений.

Юзеры смогут наряжать девушек в желаемые наряды, а также изучать окрестности орбитальной станции Архимед, ходить в ночной клуб Эрос в Нео-Аркхэме и совокупляться с инопланетными существами. Получится сразиться с культистами, а также проводить различные "эксперименты" с красотками. На одной карте в многопользовательском режиме "ГАРЕМ" выйдет играть до 10 человек. В игре присутствует поддержка очков VR, офлайн-режимы, галерея и функция "Боевых учений", что выполнена в жанре колодостроительной стратегии и роуглайк с видом сверху.