Metroid Prime 3 breekt met een aantal typische tradities van de serie. Samus Aran verliest voor de verandering niet in het begin alle upgrades van haar pak en is niet altijd in haar eentje in het gevecht tegen de bad guys. Ook speelt de game zich niet af op een enkele planeet: met Samus' ruimteschip kunnen verschillende planeten bezocht worden. Gelukkig zijn kernelementen van de gameplay wel behouden: de wereld dient verkend te worden, puzzels moeten worden opgelost en vijanden en eindbazen worden verslagen.
Naast schieten, springen, rondrollen in de morphball en het scannen van elk hoekje en gaatje om meer informatie te vergaren met de scan visor, kan Samus dit keer ook nieuwe speeltje gebruiken. De hypermode zet haar wapen op standje zesentwintig op een schaal van een tot tien, maar dient voorzichtig gebruikt te worden omdat het een energietank kost om te activeren. Vervolgens is er een balk die de hoeveelheid Phazon aangeeft en met elk schot een beetje leegloopt en uit zichzelf weer volloopt. Zodra de balk leeg is keert Samus terug naar haar normale staat, maar als de balk vol loopt is het spel ook voorbij. Verder kan Samus door middel van de command visor nu ook haar ruimteschip commanderen om zware objecten te tillen, bombardementen uit te voeren en ergens anders te landen om de voortgang te bewaren.

Een belangrijk beoordelingscriterium van een consoleshooter zijn de controls. In theorie is de Wii remote de beste kandidaat na een muis, maar het is gebleken dat developers de bediening met deze nieuwe controller nog niet optimaal konden implementeren, getuige games als Red Steel. Tijdens het ontwikkelen van Prime 3 heeft Retro Studios kennelijk de magische formule ontdekt, zodat mikken met de Wiimote natuurlijk aanvoelt en vijanden met dodelijke precisie kunnen worden beschoten. Gecombineerd met het indrukken van Z om op vijanden te locken, zodat Samus naar ze blijft kijken, maakt dit spel de theorie eindelijk tot praktijk.

De bewegingsgevoeligheid van de Wii remote en de nunchuck worden ook slim gebruikt tijdens de rest van de game. Door middel van het draaien en het vooruit of achteruit bewegen van de Wiimote ten opzichte van het scherm kan je als speler apparaten bedienen of sloten openen. De bewegingen van de nunchuck is gekoppeld aan de grapple lasso, waarmee Samus over afgronden kan slingeren en voorwerpen naar zich toe kan trekken.

Op grafisch gebied weet het spel ons ook te overtuigen van het feit dat de hoeveelheid polygonen en shaders op het scherm niet alles hoeven te zeggen. De extra rekenkracht van de Wii ten opzichte van de Gamecube zorgt voor scherper en gedetailleerder beeld. Elke planeet heeft een herkenbare eigen stijl en is gevuld met allerlei details, zoals begroeiing en muurdecoratie, en komt tot leven ondanks dat deze niet in high definition ten tonele wordt gebracht.
Ook op het gebied van geluid en muziek heeft Prime 3 de zaken prima op orde. De muziek varieert van episch voor eindbaasgevechten en bepaalde cutscenes tot sfeervolle muziek als je de omgeving aan het verkennen bent. De voiceacting voldoet en doet gelukkig geen afbreuk aan de sfeer.