Tech Romancer je 3D bojovka s obřími mechy. Děj se odehrává na Zemi v daleké budoucnosti a hrdinové se snaží zastavit invazi mimozemského tyrana Goldibuse. Volba jednoho z mechů určuje možné piloty, přičemž každý z nich má svůj příběh. Osudy jednotlivých hrdinů se mohou větvit a hra tak nabízí různé konce i se stejným pilotem. Design a schopnosti mechů jsou volně založeni na známých japonských předlohách (anime, manga). Pro jednoho hráče jsou k dispozici dva režimy. Klasický příběhový nabízí vždy šest soubojů a řadu příběhových scén.

Hero Challenge Mode je sekvencí soubojů se všemi hratelnými i nehratelnými mechy. Navíc umožňuje i využití skrytých mechů a pilotů. Ve verzi na Sega Dreamcast lze získané body z Hero Challenge přenášet do Tatsumi Techno Dome. V něm si lze postupem ve hře nebo za získané body odemykat různé bonusy a minihry. Minihry lze stáhnout do VMU (paměťová karta s obrazovkou a ovládáním, exkluzivní na Dreamcastu) a následně na něm hrát.

Samotné souboje jsou plně 3D. Probíhají v arénách se zničitelným prostředím obsahujícím různé bonusy. Každý mech má kromě života také brnění, po jehož zničení obdrží větší poškození. Nechybí ani speciální útoky a finální údery. Tech Romancer je duchovním nástupcem Cyberbots: Fullmetal Madness a Armored Warriors.