PSOではターゲットに対するロックオンが強烈で、ロックオンした方向に対して攻撃行動を起こした場合、強制的にも等しい方向転換を強いられたがPSUではロックオンをして攻撃をしている最中でも方向キーを入力すると任意の方向へ方向転換できるようになった。この事から一度攻撃を開始したら攻撃の手を休めることなく付近にいる別のターゲットに攻撃対象をチェンジできるようになり、これを応用すれば わざと敵を吹き飛ばさずに寸止めしたりもできる。 ただしフォース系にはロックオンがなく、テクニックを使う際、手動で使いたい方向にキャラクターを向けなくてはならない。
また、遠距離武器は特定のキーと組み合わせて攻撃すると向いている方向を固定して歩きながら発砲できることが可能になった。その他銃器の新要素として、一度に複数の弾丸を発射する（いわゆるショットガン系の）タイプの銃器の場合、一つのターゲットに同時に複数の弾丸を命中させれば多段ダメージを与えられるようにもなった。さらに主観視点に変更すれば（移動はできないが―）弱点を集中して攻撃できるようになる。
武器は「アクションパレット」にセットされた物からチェンジすることができる。また、セイバーやハンドガンなどの片手武器同士は同時に装備し特定のキーを押しっぱなしにすることで装備を変更することなく二つの武器を使い分けることができ、これを使うとテクニカルな戦闘も可能になる。 ただし、コンボ中に剣→剣→銃というような攻撃は不可能。
ただし「セイバー+セイバー」や「セイバー+ナイフ」のような自由が利く組み合わせではなく「ハンドガンは左手専用」「セイバーは右手専用」などとなっている。
そのため別途「ツインセイバー」「ツインダガー」「ツインハンドガン」などが装備カテゴリーとして存在する。当然ながら「スピア」などの両手武器は片手武器のセイバー等と同パレットに装備することはできない。
攻撃とフォトンアーツ
戦闘はリアルタイムで進行し、「通常攻撃」と「フォトンアーツ」、そして「アイテム」や「トラップ」を駆使して冒険を進めることになる。フォトンアーツは装備している武器に装着（リンクすると言う）し、武器の持つ「フォトンポイント」を消費して発動する。ただしセイバー用のフォトンアーツをスピア系の武器に装着するなどの異種間流用はできない。
近接武器には「スキル」、射撃武器には「バレット」、法撃武器には「テクニック」のフォトンアーツがリンクできる。また、フォトンアーツの発動には前述のように、武器ごとに割り当てられたフォトンポイントを使うのでプレイヤーキャラクターそのものには所謂マジックポイントの類の数値は存在しない。
フォトンアーツは基本的に「ディスク」を購入し使用することで習得できる。フォトンアーツはPSOでいうエクストラアタックに近い存在であるが、キャラクターのレベルとは別に各フォトンアーツ毎のレベルが設けられている。このレベルはフォトンアーツを使い込むほどに上がり、威力や効果、範囲などの性能があがる代わりに消費するフォトンポイントが多くなる。
また、フォトンアーツのレベル上限は各職業毎に異なっており、ハンターはスキル、レンジャーはバレット、フォースはテクニックのレベル上限がそれぞれ高い。明確な職業の差別化が図られたことによりPSOのようにハンターが銃を持ったときレンジャーより強かったり、レンジャーが近接武器を振り回すという光景はあまり見られなくなった。
現在のネットワークモードと、拡張パッケージである「イルミナスの野望」のストーリーモードでは、これらの要素に加え、「ジャストアタック」と「ジャストカウンター」の仕様が導入されている。
ジャストアタックは、通常攻撃、もしくはフォトンアーツのコンボ発動の際、タイミングよくボタンを押すと威力にボーナスが､ジャストカウンターは、攻撃をガードした際にタイミングよくボタンを押すと強烈なカウンター攻撃が発動する｡
フォトンポイント
近接武器の場合、通常攻撃でフォトンポイントが消費されることは無い。通常攻撃では、基本的に最高3回のコンボを繰り出すことができる。コンボの最中に発生する命中判定の回数や攻撃ディレイ（延滞）の時間は武器の種類により異なる。また、通常攻撃の他にリンクしたスキルを発動させることもできる。スキルにはフォトンアーツのレベルが一定まで上がると連続コンボを出すことができるようになるものが多い。スキルは通常攻撃のあとに発動させることもでき、最大で通常攻撃3+スキル3=6回のコンボが繰り出せる。
射撃武器の場合、通常攻撃であってもフォトンポイントを消費する。また、バレットをリンクさせることにより威力が増加し、属性と特殊効果が添付され、通常攻撃は使えなくなる。
法撃武器は通常攻撃ができない代わりに片手杖には二つ、両手杖には四つのテクニックをそれぞれのボタンに振り分けることができる。
フォトンポイントは装備していれば（これはつまり即時攻撃できる状態にしておけば）徐々に回復していくが、回復速度はあまり早くないのでフォトンアーツを乱発するとすぐにフォトンポイント切れになるため注意が必要である。この自動回復速度は武器の種類とプレイヤーの職業、そしてゲームモード（オフライン/オンライン）によって異なる。他にも要所にあるフォトンチャージャーで「メセタ」を支払って回復するか、「フォトンチャージ」というアイテムを使うことでも回復できる。
また、拡張パッケージである「イルミナスの野望」発売以降、オンラインモードでは接近武器に限り、通常攻撃を一撃浴びせるとフォトンポイントが少量回復するように仕様変更された。その仕様が入る前まで、ハンタークラスの職業はフォトンアーツをひたすら連打し、ポイントが無くなったら武器を取り替えて後は使わない、いわゆる「武器の使い捨て」的な戦い方を基本とし、通常攻撃の存在は無視されていたが、多少なりとも意味のある存在となった。
アクションパレットの改定
ドリームキャスト版PSOではコントローラーの3つのボタンに対応する部分に「アクション」を振り分け、L or Rトリガーで裏パレットのON/OFFを切り替え、最大6つのアクションを行えるようになっていた。
これには「通常攻撃」の他に「回復アイテムの使用」「テクニック（魔法）の使用」などが含まれており、職業によってはボタンが足りなくなるという問題があった。また、武器のクイックチェンジには直接対応していなかった。
ボタン数の制限からAボタンは「アイテムを拾う」に設定されており（平常時はなんの機能も持たないが、アイテムなどに近寄ると自動的に変化する）このボタンに攻撃を割り当てると付近にアイテムがある場合、拾うのに手間取って一時的に攻撃ができなくなるなどの問題もあった。この仕様によりストーリー中の登場人物が配置したメッセージカプセルを開いてしまい、行動ができなくなってエネミーに殺害されてしまう「リコトラップ」（リコ=登場人物）現象などが存在した。
PSUでは通常時は現在の装備している武器によって攻撃やフォトンアーツ、テクニック発動などのアクションが固定で設定されるようになり、アクションパレットは純粋に装備を変更するだけの機能に置き換わった。基本的に武器は様々な種類のものを複数持ち歩くことになるが、同じ種類の武器を同時に大量にセットしても構わない。またアイテムの使用は装備品とは別枠のスロットにアイテム用のスロットが用意されており、そこからアイテムを選択してアクションパレットを閉じるとアイテムを使う方式に変更された。アイテムを拾ったり調べたりするボタンも攻撃などと干渉しないキーに配置された。
ガード行動
PSOでは向いている方向に関係なく回避率が高いと敵の攻撃を弾くようにガードしていたが、PSUでは敵の方向を向いている時にのみガードをする確率が発生するようになった。この変更により、下手に後退しようと敵に背中を見せると、かえって大ダメージを受ける場合がある。これは一部を除いた敵も同様であるため、敵の背後を取れば確実にダメージを与えることができる。
ステータス異常
PSUでは前作のPSOでゲームバランス的に問題があったステータス異常の調節がされている。たとえば麻痺（攻撃不可能）は一度発生するとアイテムを使うまで永久に攻撃もテクニックもできなかったが、PSUではほとんどのステータス異常に時間による回復が導入されている。さらに新ステータス異常として「燃焼」などが追加され、アンドロイド系のキャラクタも「毒」のステータス異常になるようになった。これらのステータス異常は主に銃器の弾薬やテクニックなどに付加される。
効果の内容も見直され、例えば「感電」と「麻痺」は同じように攻撃などができなくなるといった極めて似通った効果であったが、「麻痺」は一定時間完全に動けなくなり、「感電」は動けるがテクニック以外の攻撃できなくなるなど、効果に適切な性格付けがされた。
マクロ ロード ナビビラ 地中海 フロー ワダン リグベーダ 探険隊 クロス テレキ シルエット メイン キュリーズ ファイト フロー ターキ 草競馬 ブロイ オフテン タオル ダイアリー ビルト ビヤマグ ビードロ ローシップ ウーマンパワー グルタチ ダクター ルテオリン マイムエ はだし ポルテ 百日紅 サイダー ミニカ プリンセス がんばる パーセント あばしり ショート スパル ましけ アジェンダ 氷河便利 シーベル フェイク アフタ フルーテ ドリンク トレンチ
テクニック（魔法）と属性の改編
PSOでは炎、氷、雷の3属性の攻撃テクニックに光、闇の2種の特殊攻撃テクニックとステータス上昇/下降系、それに回復、蘇生テクニックという構成だったが、PSUでは6属性に改変された。ステータス系テクニックもそれぞれの属性カテゴリに収まり、攻撃力や防御力があがる物のほかにも、法撃力や命中率が上がるものなど効果の種類が増えた。変更は一部名前にも及んでおり、例えばPSOでいう攻撃力増強テクニック「シフタ」は炎属性のカテゴリに入れられ「アグタール」と改名された。
属性は「フォイエ（炎）」「バータ（氷）」「ゾンデ（雷）」「ディーガ（土）」「レグランツ（旧グランツ/光）」「メギド（闇）」の6種類。ちなみに前作で「メギド」は確率により対象を即死させるテクニックだったが、PSUからはこれに微量ながらダメージが入るようになった。自分中心に発動する「ギ系」、前方範囲内に発動する「ラ系」（ギゾンデ、ラゾンデ等）の他、新たに詠唱ボタンを押し続けることで攻撃が持続する「ダム系」、敵を追尾する「ノス系」など、様々なテクニックが追加された。
また、PSOにおいて敵の属性は「ネイティブ」「アルタードビースト」「マシン」「ダーク」の種族形式であったが、本作では廃止され、上記エレメント形式になっている。