Undertale ocurre en el subsuelo, un reino en el que los monstruos fueron desterrados después de que la guerra empezase entre ellos y los humanos. El mundo subterráneo fue sellado con una barrera mágica con el único punto de entrada en el Monte Ebott.

El juego empieza con Frisk, un niño que se ha caído al subsuelo. Se encuentra con Flowey, una flor, que enseña al joven la mecánica del juego y le incita a que suba su «LV», o «LOVE», acrónimo que proviene de “level of violence” en inglés, “nivel de violencia” traducido. Para ello, debe obtener «EXP» matando monstruos, que vuelve a ser un acrónimo, en este caso de “Execution Points” o “Puntos de Exterminio” en español.

Flowey intenta asesinar al humano para conseguir su alma. El humano es rescatado por una monstruo cabra con instinto maternal llamada Toriel, quien enseña al niño cómo resolver puzles y cómo resolver los conflictos en el mundo subterráneo sin matar a nadie. Ella le revelará su intención de adoptarle para que viva con ella en las Ruinas para siempre, y así protegerle de Asgore Dreemurr, el rey del mundo subterráneo.

El humano, finalmente, es capaz de aventurarse a través del mundo subterráneo con el fin de llegar a la barrera situada en el castillo de Asgore. Por el camino, se encuentra con muchos monstruos, incluyendo: los esqueletos Sans y Papyrus, dos hermanos que actúan como centinelas de ese mundo; Undyne, la cabeza de la Guardia Real; Alphys, la científica real del reino; y Mettaton, un robot creado por Alphys. Algunos actúan como jefes a los que el humano deberá matar o mostrar piedad para progresar. Si se les muestra piedad, estos monstruos se volverán amigos del humano y se podrán comunicar con un móvil que le ha dado Toriel. Asriel, hizo amistades con el primer niño que cayó al mundo y que, al igual que pudo haber hecho el humano, fue adoptado por Asgore y Toriel. Un día, Chara cayó gravemente enfermo por la ingesta de unas flores, y Asriel intentó regresar el cuerpo a los humanos, pero los humanos le atacaron pensando que este le había matado. Asriel, mortalmente herido, volvió a casa con sus padres antes de morir, haciendo que Asgore declarase la guerra a los de la superficie. Asgore quiere destruir la barrera, y para ello, necesita siete almas humanas de las que ya ha conseguido seis. Lo que no sabía, es que, además de las almas humanas, necesita un alma tan fuerte como la suya propia.

El juego termina de diferentes maneras dependiendo de cómo el jugador haya interaccionando con los monstruos en las batallas: Si el humano mata a algunos monstruos, sin ser a todos, se entera de que necesita un alma de monstruo para cruzar la barrera, por lo que tiene que pelear con Asgore para extraerla. Sans para al protagonista antes de su confrontación, es entonces cuando le revela el significado de «LOVE» y de «EXP». Sans juzga al humano basándose en su conducta. Tras pasar la prueba, el joven lucha con Asgore, pero Flowey los interrumpe asesinando a Asgore, y roba las seis almas humanas, transformándose en una abominación. Así, le arrebata al jugador su posibilidad de resetear, usándolo en su contra. Con la ayuda de las almas que se resisten al control de la transformada flor, el humano derrota a Flowey, se queda inconsciente, y despierta en el lado humano de la barrera. Posteriormente, recibe una llamada de Sans contándole la situación en su mundo, diálogo que se ve transformado según las decisiones del jugador. Si Flowey sobrevive, estando en la ruta neutral, le dará una pista al jugador de cómo lograr el final verdadero.

Un final diferente es logrado en la «Ruta pacifista», donde el jugador no ha matado a nadie y ha completado el juego anteriormente. En este final, se revela que Flowey posee las memorias de Asriel obtenidas en una experimentación de Alphys. Toriel interviene antes de que Asgore pueda luchar con la compañía de aquellos con los que el humano se había relacionado. Flowey embosca al grupo y les derrota usando las almas de todos los monstruos, lo que le proporciona el poder suficiente para volver a su forma anterior: Asriel. Sin embargo, el humano consigue hablar con sus amigos mientras se defiende de Asriel Dreemurr, y logra terminar con él gracias a la ayuda de sus amigos. Asriel vuelve a su forma de niño, destruye la barrera, y expresa sus remordimientos antes de marcharse. El humano cae inconsciente y despierta con sus amigos rodeándolo, pronunciando su verdadero nombre, Frisk. Los monstruos se reintegran con los humanos, en lo que Frisk tiene la oportunidad de aceptar a Toriel como madre adoptiva.

Un tercer final se puede conseguir con la llamada «Ruta genocida», donde el protagonista mata a todos los monstruos de cada área. En este final, Frisk, se vuelve sanguinario por la influencia del espíritu de Chara, el humano que Asgore y Toriel adoptaron siglos atrás. Cuando llega al castillo de Asgore, Sans intenta derrotarle, pero es asesinado en la batalla. El humano fácilmente mata a Asgore y a Flowey. Chara asume el control y, con o sin ayuda del jugador, destruye el mundo. Si el humano quiere volver a jugar el juego, deberá dar su alma a Chara a cambio de rehacer el universo; si no, no se podrá volver a jugar. Otros jefes como Undyne o Mettaton, cambian de forma en esta ruta, Undyne siendo más avanzada y fuerte, y Mettaton NEO que, al contrario, es derrotado con un solo golpe.

Mientras, el jugador puede resetear la partida, sus elecciones se guardan en las rutas ya hechas a no ser que el jugador borre el contenido del videojuego y en algunos casos puede aparecer la opción True reset (que es forzada al terminar la ruta genocida). Por ejemplo: aunque el jugador reinicie el videojuego, algunos personajes tendrán la memoria de partidas anteriores, o si el jugador hace otra ruta después de la genocida, Chara aparecerá en ocasiones.

• Mad Dummy: un fantasma que habita en un maniquí cuyo sueño es llegar a ser “corpóreo”. Al conocerlo en el vertedero de Waterfall, dice estar enfadado con Frisk, pues su primo vivía también en un maniquí y el humano destruyó su hogar, o lo hizo sentir mal con sus palabras, o lo aburrió, dependiendo de las acciones del jugador. En la ruta genocida las acciones de Frisk le enfadarán tanto que conseguirá hacerse corpóreo y «convertirse» en Glad Dummy.

• Muffet: representante de las arañas del mundo subterráneo. Vive en Hotland y se dedica básicamente a la venta de repostería «hecha de, por y para las arañas», con el fin de poder recaudar fondos para mover a todas las arañas atrapadas en las ruinas sin que tengan que atravesar Snowdin. Por desgracia, sus métodos de venta la llevan a ser considerada una estafadora de mucho cuidado, aunque este comportamiento no es por desear engañar, sino más bien porque su deseo de darle un mejor hogar a su especie (discriminados por el resto de razas) la ha hecho obsesiva y errática. Cuando Frisk llega a su territorio lo ataca ya que, dejándose llevar por los rumores, piensa que el humano odia a las arañas y desea lastimarlas. Aunque no es tan fuerte como los jefes finales, es el único oponente a quien Frisk jamás derrotará, fuera de la ruta genocida, ya que sus enfrentamientos consistirán en huir o ganar tiempo comprando su mercadería hasta que Muffet reciba un mensaje de las arañas de las ruinas explicando que Frisk nunca las ha lastimado y le deje el paso libre.

• Chara: Es el primer humano que cayó al subsuelo, su aspecto es prácticamente idéntico al de Frisk excepto por el color de su camiseta. Al caer, fue encontrado y salvado por Asriel. Desde entonces, es acogido por la familia real y se hace amigo cercano de Asriel. No obstante, un día decide comer unas flores doradas que le llevan a la muerte. Según Asriel, cuando Chara cayó al mundo de los monstruos, no tenía buenas intenciones y odiaba a los humanos. Su plan era suicidarse, convencer a Asriel para que tomara su alma y consiguiera otras seis almas, para luego romper la barrera. En la ruta genocida se descubre que en realidad es quien ha manipulado los sucesos desde que fue adoptado por la familia real para lograr en algún momento la liberación de los monstruos y obligarlos a atacar a los humanos; en esta misma ruta se descubre que ha poseído a Frisk y logra el control ocasional de su cuerpo, siendo el real responsable de muchas masacres que el humano lleva a cabo. El nombre de este personaje puede variar, ya que si el jugador utiliza algún nombre que no sea el de Chara al principio del juego, varios personajes se referirán hacia Chara con el nombre que el jugador está utilizando, pero si se le pone Chara aparecerá un texto que dice: «El nombre verdadero».

• Temmie: personaje secundario que puede realizar apariciones en el mundo de Waterfall, su aspecto es el de un pequeño animal blanco con cabellera negra y dos pares de orejas de color blanco, uno felino y el otro canino. De personalidad infantil y alegre vestido con una camiseta de colores. No solo él, sino que toda su especie se llama de la misma forma, excepto uno que se llama Bob; hay una aldea donde pueden encontrarlos para realizar transacciones, su forma de hablar es en tercera persona normalmente con letras desordenadas pero legibles.

• Annoying dog/tobydog: personaje secundario con apariencia de un perro blanco que aparece en diversas ocasiones a lo largo del juego; en la sala del artefacto legendario de Waterfall, la puerta misteriosa en Snowdin, el programa de noticias de Mettaton, al final de la ruta pacifista, en un puzzle de Papyrus mordiendo el hueso de un ataque. También aparece en las ruinas en el modo difícil después de la batalla contra Toriel ya sea Genocida o Pacifista al igual en la batalla contra Gryfot en uno de los pinos de su cabeza.

Alphys: científica al servicio del rey Asgore. Tiene la apariencia de un dinosaurio amarillo con gafas y una bata de laboratorio. Se muestra tímida, insegura y con baja autoestima. Le gusta el anime, principalmente el yuri, y es prácticamente una experta en el campo de la mecánica y electrónica. Es la creadora del cuerpo de Mettaton. Ayuda al protagonista en distintas fases del juego. Vive atormentada por los errores que cometió experimentando en busca de una solución contra la barrera siendo la causante del nacimiento de Flowey. Está enamorada de Undyne.

• Mettaton: robot construido por la Dra. Alphys, de carácter carismático y sarcástico que dirige el programa de televisión del submundo, MTT. Intentará matar al humano en repetidas ocasiones para atravesar la barrera y hacerse famoso en la superficie. Este robot está descontrolado por su sed de aumentar el rating de su programa. Impone un duelo al jugador donde, además de incluir ataques físicos, debe actuar teatralmente, ya que su objetivo es dar un “buen espectáculo” al público. Por esto, a pesar de lograr esquivar y atacar, si el jugador no logra elevar el rating del show de Mettaton sobre cierta cifra, pierde la batalla.

• Undyne: capitana de la Guardia Real. Tiene apariencia de un pez antropomórfico. Debido a su odio por los humanos, perseguirá al protagonista sin descanso para conseguir su alma y entregársela al rey. Es amiga cercana de Papyrus, Alphys y Asgore. Cuando se recorre la ruta genocida y es derrotada, se niega a morir y se transforma en una guerrera mucho más poderosa ya que pasa de ser Undyne a Undiying , obligando al jugador a vencerla por segunda vez. Está enamorada de Alphys. Sus ataques consisten en lanzas de energía.

• Papyrus: hermano menor de Sans; con una edad cercana a la de Frisk, aunque parece mayor por su elevada altura. Esqueleto ingenuo y excéntrico que quiere capturar a un humano para conseguir ser miembro de la Guardia Real, aunque no reconoce como es un humano incluso cuando Frisk esta frente a él. A diferencia de su hermano, su diálogo está escrito en mayúsculas y con la fuente Papyrus. Es amigo cercano de Undyne, a quien admira y ve como un ejemplo a seguir. Aunque trata de ser alguien fuerte y amenazante, al final termina siendo alegre y bondadoso. Al ser un esqueleto, suele atacar usando huesos. Le encantan los puzles hasta el punto de que, alguno de sus encuentros con el protagonista, en ocasiones versan sobre la resolución de alguno de ellos.

• Sans: esqueleto perezoso y cómico, aunque nadie considera que sus bromas sean graciosas. Aparenta conocer ciertos secretos del mundo subterráneo. Se diferencia del resto de los personajes del videojuego en que su diálogo está escrito todo en letras minúsculas y con la fuente de caracteres Comic Sans. Se muestra muy cercano y protector con su hermano menor Papyrus. También revela que tiene una relación amistosa con Toriel, la única que cree que sus bromas son graciosas, aunque jamás han podido hablar frente a frente. Es capaz de saber cuándo el jugador ha reseteado la partida, lo que le ha dado una personalidad derrotista por haber visto gran cantidad de realidades con malos finales. Simultáneamente, es el personaje más poderoso y más débil de todos: posee un poder de ataque abrumador que rápidamente acaba con la vida del jugador, además de una velocidad sin igual que lo convierte en el único personaje que tiene la habilidad de esquivar ataques; pero al mismo tiempo casi no posee resistencia defensiva, por lo que solo se necesita alcanzarlo con un golpe para destruirlo, aun así, es el personaje más peligroso del juego y frente al cual los jugadores obtienen el menor índice de éxito.

• Napstablook: fantasma melancólico y aficionado a la música que vive en Waterfall. Este tiene una granja de caracoles que administraba junto a su familia, hasta que estos desaparecieron.

• Monster Kid: un pequeño monstruo con la apariencia de un lagarto amarillo, carente de brazos y vestido con un jersey amarillo y marrón a rayas. Es muy inocente y enérgico, aunque también parece ser bastante torpe, pues siempre se tropieza y al no tener brazos, no puede evitar caer de bruces. Es un gran admirador de Undyne.

• Frisk: personaje principal del juego, su género no ha sido oficialmente definido. Cae en el mundo de los monstruos y comienza un viaje para volver a la superficie enfrentándose y haciendo amistad con los diversos habitantes. A medida que avanza, ayuda a develar secretos y maquinaciones que han estado en marcha desde la llegada del primer humano al subsuelo hace siglos. Su nombre original, Frisk, solamente es conocido al final de la ruta pacifista, por lo que antes, los monstruos se refieren a Frisk como «El Humano». Su gran “determinación” le proporciona la habilidad de recuperarse de cualquier golpe y si muere, es capaz de regresar en el tiempo a través de los puntos de guardado. También tiene el poder de reiniciar todo, aunque eso no incluye la memoria de algunos de los monstruos jefes como Sans y Flowey. A pesar de tener la capacidad de matar a todos, Frisk en realidad es de naturaleza amable, aunque fuerte. En la ruta genocida, Frisk se encuentra con Chara, el primer humano en caer al subsuelo. Los jugadores pueden renombrar a Frisk, incluyendo nombres que consisten en secuencia confusa o aleatoria de caracteres, pero no pueden usar nombres de la lista de nombres inapropiados del juego. Además, si se regresa a su nombre original, cambiará la dificultad.

• Flowey: flor amarilla parlante. A diferencia del resto de flores parlantes del videojuego, no imita sonidos o conversaciones que ha oído, sino que puede comunicarse pues posee consciencia propia. Es el primer personaje que Frisk encuentra en el juego. Enseña al jugador el sistema de combate de Undertale y sigue al protagonista en el transcurso de su viaje. Finalmente, se descubre que lo que enseñó al principio del juego era falso, ya que desea obtener el poder de las almas; si al final del juego logra robar las almas humanas y obtener su poder, se convertirá en un monstruo gigantesco y de gran dificultad que representa uno de los jefes finales más difíciles. Es el jefe final de la ruta neutral y pacifista. Fue creado por la Dra. Alphys tras inyectarle determinación a una flor pero, al no tratarse de un ser con alma, es incapaz de tener sentimientos llevándole a pensar que en esta vida todo es “matar o morir”. Dentro de sí, yacen las memorias y pensamientos de Asriel Dreemurr, hijo de Toriel y Asgore y hermano de Chara como se ve en la Ruta Pacifista cuando logra adoptar la forma de un monstruo, y obtener alma propia.

• Toriel:Es una cabra , reina de los monstruos y guardiana de las ruinas. Su nombre deriva de la palabra tutorial al suprimirse la primera sílaba y cambiando la a de tutorial por una e. Realiza un recorrido con el protagonista a modo de tutorial para conocer las bases del juego y el sistema de defensa y ataque: esquivar y hablar con el oponente. Se muestra extremadamente maternal hacia el humano, hasta el punto de querer adoptarlo para protegerlo del rey Asgore. Ante la negativa de Frisk, Toriel se convierte en el primer oponente jefe, pues tiene la intención de probar la capacidad del humano para sobrevivir. Siente gran aprecio por Sans y es la única persona que considera graciosas sus bromas, ya que comparten el mismo sentido del humor; a pesar de ello, no se ven frente a frente hasta el desenlace de la ruta pacifista. Se separó de Asgore después de que este decretara que cualquier humano que cayera al subsuelo sería asesinado y su alma usada para romper la barrera, razón por la que ahora es muy fría con él. Es incapaz de matar al jugador por más que este le hiera y en el final pacifista propone a Frisk, por segunda vez, adoptarle además de cumplir su sueño de ser profesora. Ama comer caracoles y es muy buena cocinera.

• Asgore : rey de los monstruos. Tiene aspecto similar al de una cabra gigante con una melena de león. Quiere obtener siete almas humanas para poder destruir la barrera entre el mundo subterráneo y la superficie e iniciar una nueva guerra contra los humanos. A pesar de ser un rey amado por casi todos los monstruos, su situación lo obliga a cometer acciones que le atormentan, pero que considera correctas para devolverle la esperanza a sus seguidores. Le gusta cuidar de sus flores y sentarse a conversar mientras toma té. Su arma es un tridente rojo.

• Asriel : príncipe del subsuelo, hijo del rey Asgore y de la reina Toriel. Tras la muerte de Chara, absorbe su alma y cruza la barrera para regresar su cuerpo a la superficie, cumpliendo su último deseo de regresar a su pueblo y ver las flores doradas. Sin embargo, los humanos malinterpretan la situación pensando que asesinó a Chara, motivo por el cual lo atacan en horda sin piedad. Herido de muerte, vuelve al subsuelo, antes de desvanecerse en la sala del trono. Posteriormente, fue resucitado por la doctora Alphys, en forma de flor dorada y carente de alma, Flowey. Es el jefe final de la ruta Pacifista.

Se puede jugar con un mando de consola, joystick, o bien, solo en las versiones de PC, con el teclado. El sistema de combate de Undertale es por turnos constituidos por dos fases: La primera fase es defensiva, y, por tanto, el jugador maneja un corazón, representación de su alma, de forma que esquive los proyectiles que le envía el enemigo, a lo que se llama bullet hell. La segunda fase es ofensiva, en la cual el jugador puede elegir entre atacar, utilizar un objeto, actuar —que es diferente para cada monstruo y donde también se puede pedir información específica como su armadura y su ataque— o pedir clemencia para que el contrario no ataque.

A medida que el juego progresa, se incluyen nuevos elementos, como obstáculos de colores que requieren que el jugador permanezca quieto —representados por el color aguamarina— o se mueva a través de estos —representados por el color naranja—. Las batallas contra los jefes también pueden cambiar la forma de control del corazón provocando que este pese y se tenga que saltar, haciendo que se mueva de una casilla a otra u obteniendo un escudo entre otras cosas.

La forma de guardado es a través de unas estrellas amarillas situadas en los escenarios cada cierta distancia. Además de guardar, estos puntos rellenan la salud del jugador.

Si el jugador consigue reducir la vida del enemigo a 0, éste será destruido recompensando al jugador con un aumento de nivel y de puntos de exterminio —que corresponderían a los habituales puntos de experiencia—, así como también con oro. Si el jugador trata de modo apropiado a los distintos monstruos, tendrá la posibilidad de perdonarlos en lugar de destruirlos, poniendo fin al combate sin conseguir puntos de experiencia y consiguiendo una cantidad de oro reducida.¹​

Durante los combates, los monstruos hablarán con el protagonista —incluso con el propio jugador, rompiendo la cuarta pared— Con estas interacciones, se desvela la personalidad, historia y sentimientos de cada monstruo. Los ataques enemigos variarán dependiendo de las acciones que tomen los jugadores haciendo que los ataques de los monstruos sean menos agresivos si el jugador responde con acciones no violentas; en cambio, los ataques serán más agresivos y difíciles de esquivar si el jugador decide atacar.

Como en los videojuegos de rol clásicos, el jugador tiene la posibilidad durante el juego de comprar objetos en tiendas a cambio del oro ganado durante los combates pudiendo, además, hablar con los vendedores para obtener información sobre el universo del juego. Las decisiones del jugador tendrán un impacto sobre el final del juego, dando lugar a 3 rutas:

• Neutral: Es el final por defecto, resultado de matar más de un monstruo, incluyendo jefes, incumpliendo los requisitos para los otros dos finales que son exterminar a todos o no matar a ninguno. El final variará dependiendo de las acciones del jugador sobre a quién haya matado. La mayoría de los jugadores logran completarla. Sans interrumpe el juego para verificar el nivel y los puntos de exterminio de los jugadores, pero se considerará técnicamente ruta pacifista si los jugadores no han matado monstruos. Si se completa cualquier ruta que no sea genocida y derrota a Asgore una vez, Flowey interrumpe el juego, matando a Asgore en el proceso y robando las 6 almas para convertirse en un Flowey photoshopeado, además de cerrar el juego a propósito. Es posible eliminar a Flowey, pero es posible saltar la batalla en futuras rutas neutras.
• Pacifista: Esta ruta es desbloqueable si el jugador hace al menos una vez la ruta neutra y para conseguir el final, el jugador no debe matar a ningún monstruo y conseguir la amistad de todos los personajes. Es posible encontrar nuevos secretos y puede cambiar de jefe final. Este tendrá un final feliz siendo el “final verdadero”, en el que todos los monstruos suben a la superficie y viven en paz con los humanos.
• Genocida: Al contrario que la ruta pacifista, se debe acabar con un número determinado de monstruos en cada zona del videojuego antes de encontrase con el jefe. Si se cumple con este requisito, se avisará al jugador de que ha alcanzado ese número haciendo aparecer la pantalla de batalla con la oración “Pero no vino nadie.”, cambiando la música de fondo y sustituyendo el texto de los puntos de guardado por una única palabra: “determinación”. Esto lleva a un final apocalíptico donde se llega a la extinción de los monstruos malos. Sans interrumpe el juego para enfrentarse a los jugadores justo antes de entrar a la habitación de Asgore. Chara revive justo antes de que los jugadores se enfrentara a Asgore, controlando a los jugadores en el proceso y destruirá el universo sin importar la elección del jugador, además de cerrar el juego a propósito. Los jugadores, si le entrega el alma a Chara después de 10 minutos, restablecerá el universo, pero corrompe futuras rutas pacifistas.

Toby Fox desarrolló la totalidad del videojuego de manera independiente, incluyendo la escritura y composición de su música, con solamente ilustraciones adicionales creadas por otros artistas. Fue inspirado principalmente por las sagas de videojuegos de rol Mother y Mario & Luigi, la saga de videojuegos bullet hell Touhou Project, y la comedia británica Mr. Bean. Inicialmente tenía que contar con dos horas de duración y estaba previsto que se publicara a mediados de 2014, pero el desarrollo se retrasó en el transcurso de los próximos tres años.

Fue creado con la aplicación GameMaker: Studio, siendo publicado el 15 de septiembre de 2015 para Microsoft Windows y OS X, además de GNU/Linux el 17 de julio de 2016, a través de la plataforma Steam. Versiones porteadas para las plataformas PlayStation 4 y PlayStation Vita fueron lanzadas el 18 de agosto de 2017, el port para la consola Nintendo Switch fue lanzado el 18 de septiembre del 2018.