Atelier Sophie 2: The Alchemist of the Mysterious Dream folgt weiter den Abenteuern von Sophie und Plachta. Nachdem sie Sophies Heimatstadt Kirchen-Bell verlassen, entdecken die beiden einen riesigen Baum, der Plachta zuvor bereits in einem Traum erschienen ist. Als sie sich ihm nähern, werden sie in einen mysteriösen Wirbel gezogen. Sophie erwacht alleine in einer neuen seltsamen Welt - der Erde-Wiege - und es dauert nicht lange, bis Sophie von einer Alchemistin namens Plachta erfährt, die am Rande der Stadt lebt. Zu ihrem Erstaunen handelt es sich allerdings nicht um ihre Freundin, sondern um ein Mädchen, das nur denselben Namen trägt. Welche weiteren Überraschungen erwarten Sophie auf dieser Reise? Im Laufe des Abenteuers lernt sie den aufstrebenden Alchemisten Ramizel Erlenmeyer kennen, der sich bereiterklärt, ihr in ihrer Not zu helfen. Die Geschichte entfaltet sich elegant mit einem charmanten neuen visuellen Stil, der die Kunst der Mysterious-Subserie mit den hochwertigen Grafiken und Animationen aus Atelier Ryza 2: Lost Legends and the Secret Fairyverbindet.
Auf der Suche nach ihrer vermissten Freundin muss Sophie gegen viele Monster antreten, welche die Welt heimsuchen. Sobald Spieler auf einen Gegner treffen, beginnt der Kampf sofort ohne Ladezeiten - ein Novum in der Serie. Die Kämpfe verlaufen fortan nahtlos. Darüber hinaus bestehen Kampfgruppen jetzt aus sechs Mitgliedern, drei in der ersten Reihe und drei dahinter. So werden zwei Team gebildet, die in rundenbasierten Kämpfen zusammenarbeiten. Das neue System eröffnet Spielern eine breite Palette an spannenden Strategien, mit denen sie ihren Feinden begegnen können.
Wie in den vorangegangenen Atelier-Teilen spielt die Alchemie auch in Atelier Sophie 2: The Alchemist of the Mysterious Dream wieder eine große Rolle. Das Spiel baut auf dem Panel-Synthesis-System der Mysterious-Subserie auf, bei dem Materialien in die Panel-Slots gelegt werden, um neue Gegenstände zu erschaffen. Das Spiel ermöglicht es sowohl aufstrebenden als auch erfahrenen Alchemisten, Gegenstände auf eine Art und Weise zu synthetisieren, die für sie jeweils bequem ist. Zwei unterschiedliche Panel-Typen erleichtern die Herstellungsprozesse. RestrictedPanels sind schwierig zu meistern, erlauben allerdings die Herstellung von Gegenständen mit stärkeren Effekten.
