Boom Blox wurde als eine Mischung aus Jenga und Tetris Blast, Breakout, Duck Hunt sowie Lego beschrieben. Das Gameplay legt besonderen Wert auf Reflexe, Geschicklichkeit und Problemlösungsfähigkeiten. Es verfügt über ein Physikmodell, das einen realistischen Zusammenbruch der Blöcke gewährleistet und zudem die Geschwindigkeit misst, mit der ein Objekt geworfen wird, wobei vier verschiedene Geschwindigkeitsstufen unterschieden werden. Im Spiel nutzen die Spieler die Wii Remote, um Bowlingkugeln, Basebälle, Laserkanonen und Wasserschläuche zu steuern und damit aus Blöcken errichtete Bauwerke zum Einsturz zu bringen. Alternativ verwenden sie die Wii Remote, um – ganz im Stil von Jenga – Blöcke zu greifen; dabei müssen sie darauf achten, eine möglichst große Anzahl von Blöcken zu entfernen, ohne den prekär gestapelten Turm zum Umstürzen zu bringen.
Im Spiel gibt es verschiedene Arten von Blöcken, wie etwa Edelsteinblöcke, Blöcke mit zugewiesenen Punktwerten, explosive Blöcke, die bei Berührung detonieren, verschwindende Blöcke, die beim Aufprall zerfallen, sowie Holz- und Stahlblöcke. Ebenso wie sich die Art der Blöcke, mit denen der Spieler konfrontiert wird, im Spielverlauf ändert, wandeln sich auch die Taktiken zur Bewältigung der einzelnen Level. So muss der Spieler unter Umständen verhindern, dass Blöcke mit negativen Punktwerten herabfallen, während er gleichzeitig Blöcke mit positiven Punktwerten zerstört. In einem anderen Level könnte es erforderlich sein, eine Reihe von Explosionen und Kettenreaktionen auszulösen, die auf eine Schwachstelle einer Struktur abzielen, oder Schüsse von mehreren Strukturen abprallen zu lassen, um die Blöcke zu zerstören – all dies stets mit einer begrenzten Anzahl an Projektilen. Die verschiedenen Blockarten verfügen über unterschiedliche physikalische Eigenschaften; ihre Masse sowie das Ausmaß der von ihnen ausgehenden Reibung beeinflussen maßgeblich, wie sie auf Berührung reagieren.
Die Modi „Adventure“ und „Explore“ bilden den Einzelspieler-Teil von Boom Blox und umfassen über 300 Level. Anspruchsvollere Level stellen den Spieler vor Herausforderungen wie Zeitlimits oder eine begrenzte Anzahl an Wurfgeschossen, die zur Bewältigung der Level zur Verfügung stehen. Zudem fordert jedes Level den Spieler dazu heraus, eine Goldmedaille zu erringen; für das Erreichen des nächsten Levels ist jedoch lediglich eine Bronzemedaille erforderlich.
Der Abenteuermodus ist storybasiert und bietet charaktergetriebene Szenarien, in denen es darum geht, Festungen oder verschiedene dominoförmige Figuren vor feindlichen Angriffen zu verteidigen und diese Figuren zu führen, indem man ihnen den Weg freiräumt. Der Erkundungsmodus präsentiert rätselbasierte Ziele, die sich auf verschiedene Fertigkeitsgruppen konzentrieren, wodurch der Spieler die grundlegenden Spielmechaniken entdecken kann.
Es gibt vier grundlegende „Welten“, die der Spieler durchlaufen muss. Die erste, das „Gem Kingdom“, spielt im Mittelalter; hier unterstützt der Spieler eine Gruppe von Schafen – die als Ritter verkleidet sind – dabei, Edelsteine zu sammeln und diese anschließend vor Eindringlingen zu schützen. Der zweite Level, „Gorilda Rescue“, spielt in einem Inseldschungel; hier hilft der Spieler einer Gorilla-Dame namens Gert dabei, ihre Kinder vor einem Stamm feindseliger Eingeborener – den sogenannten „Tiki“ – zu retten. Der dritte Level, „Boots 'n' Bandits“, ist im Wilden Westen angesiedelt: Ein Biber namens Boots schürft hier – mit der Hilfe des Spielers – nach Gold, das ihm jedoch von Desperados gestohlen wird; anschließend muss er das Gold zurückerobern und die Bewohner der nahegelegenen Minenstadt vor den Banditen beschützen. Die vierte und letzte Welt, „Haunted Night“, spielt an Halloween und erzählt die Geschichte einer Katzenfamilie, die versucht, ein Herrenhaus am Ende einer Straße zu erreichen; dabei muss der Spieler sie vor Feinden wie Skeletten, Sensenmännern und als Teufel verkleideten Affen verteidigen.
Zusätzlich zum Einzelspielermodus stehen im Party-Modus über 100 kooperative und kompetitive Mehrspieler-Level zur Verfügung, die von bis zu vier Personen gemeinsam an einem Bildschirm – abwechselnd oder im Splitscreen-Modus – gespielt werden können. Beim kooperativen Spiel geht es darum, gemeinsam mit Freunden und Familie Strukturen zu zerstören oder aufzubauen; beim kompetitiven Spiel tritt man hingegen gegen andere an, um die höchste Punktzahl zu erzielen – entweder durch das Zerstören von Blöcken mit positiven Punktwerten oder durch Angriffe auf die Burg des Gegners, um dessen darin befindliche Edelsteinblöcke zu vernichten.
Der Erstellungsmodus ist ein integrierter Level-Editor, mit dem Mehrspieler- und Einzelspieler-Level erstellt oder bearbeitet werden können. Diese Level werden mithilfe verschiedener Blocktypen gestaltet, die durch das Spielen im Einzelspieler-Erkundungsmodus freigeschaltet werden. Der Spieler kann Größe, Höhe und Breite der Blöcke ändern, sie klonen und ihnen Attribute wie Punktwert oder Typ zuweisen.