Игроку предлагается поочередно изучить уровни разной сложности, разгадать пространственные и (редко) логические задачи, найти тайники, уничтожить как можно больше монстров и выжить. Уровни представляют собой запутанные лабиринты со множеством дверей, ключей, лифтов, шахт, кнопок, секретных комнат. Вместо пола могут быть лава, кислоты разной силы, вода, ядовитые отходы. Для мгновенного переноса игрока в другое место карты используются телепорты. Некоторые участки пола способны двигаться (как по желанию, так и без желания игрока), другие могут из камня превратиться в кислоту, третьи открывают тайные двери с засадой. Потолки норовят опуститься, как пресс, и сдавить игрока. Кнопками открываются проходы, недоступные ранее, активируются двери или происходит какое-нибудь иное действие. Так или иначе, игрок должен найти выход с уровня. Это может быть рубильник в комнате с надписью Exit, люк в полу, особый телепорт или монстр-босс. Пройденный или увиденный игроком путь записывается в автокарту.

Игровой процесс во многом основывается на сложности и интерактивности окружения (лифты, прессы, прочее оборудование). На уровнях есть немало секретных мест, которые не обязательно посещать, а также имеются секретные уровни.

Наиболее интересной и новаторской особенностью Doom является тот факт, что уровень может существенно изменяться по ходу прохождения, что достигается в основном с помощью движущихся потолков и полов. Также весьма необычны были разнообразные ловушки, представленные закрывающимися дверьми или, например, телепортирующимися из воздуха противниками. Несмотря на определенную примитивность и причастность к жанру шутера, в Doom были черты и приключенческого жанра, требовавшие активного исследования уровня, многие из которых требовали от начинающего игрока много времени на прохождение.