Como parte do Grupo Especial de Exploração Planetária Arks Alter, o jogador está em uma jornada para retornar vivo de Machia, um planeta caótico onde os fótons não têm efeito, depois que o navio de guerra Delta Variant cai em Machia com 1.000 tripulantes a bordo. O planeta também abriga os Gigantes, enormes inimigos que o jogador deve enfrentar ao longo do jogo.
Phantasy Star Nova será ambientado no mesmo mundo de Phantasy Star Online 2, mas abandonará muitos dos elementos online e adotará uma abordagem muito mais para um jogador. Se a ideia de jogar sem seus amigos parece horrível, o jogo incluirá um jogo co-policial para 4 jogadores.
O título se passa no Planeta Machia, um planeta onde a energia ''Photon'' é inútil. Sem a capacidade de recuperar energia ou atualizar suas armas, os jogadores devem assumir o controle da sobrevivência, explorando o planeta Machia e desvendando os segredos que ele tem a oferecer.
As criaturas que habitam Machia são feras gigantes apropriadamente chamadas de ''Gigantes''. Para derrubar esses monstros enormes, você precisará encontrar e atingir seus pontos fracos junto com seus aliados.
A Sega também implementou ajustes baseados na demo de batalha de Phantasy Star Nova no jogo. Após a primeira demonstração, tri-Ace aumentou a velocidade de movimento do personagem em 1,4x, reduziu o atraso de entrada, corrigiu problemas de travamento em inimigos e ajustou a velocidade da câmera, entre outras melhorias.