Противники
Зомбайн. Заражённый паразитом-хедкрабом солдат Альянса («зомбайн» образовано от англ. zombie («зомби») + combine («солдат»/«комбайн»); такое название даёт ему Аликс Вэнс, когда в первый раз видит этого монстра). Серьёзный противник, передвигается быстрее обычного зомби, но медленнее, чем быстрый зомби. Бронежилет придаёт ему повышенную стойкость. Как и другие зомби, этот враг издали кидается в игрока попадающимися под руку предметами, а в ближнем бою наносит удары когтями. Но самое опасное в нём — умение использовать гранату, зажатую в своей руке. Зомбайн старается подойти вплотную к жертве и взорвать себя вместе с ней. Гранату можно не без труда изъять из руки зомбайна с помощью гравипушки и швырнуть в сторону, или же держаться от монстра подальше, пока граната не взорвётся у него в руке.
Сталкер. Людей, которых признали негодными для превращения в солдат, учёные Альянса переделывают в сталкеров — киборгов-рабов, работающих с техникой и компьютерными терминалами в Цитадели. Сталкеров можно было мельком заметить в Half-Life 2 в тюрьме Нова Проспект и в Цитадели, но в Episode One они проявляют себя уже как враги. Сталкеры атакуют игрока лазерными лучами, генерируемыми устройствами на их голове, и всячески пытаются помешать его продвижению по Цитадели в первых двух главах игры.
Перепрограммированная шаровая мина. В Half-Life 2 шаровая мина — военный механизм Альянса, представляющий собой «самодвижущуюся» мину сферической формы, фасеточный корпус которой состоит из 12-ти высоковольтных электрических разрядников с контактами электродов, выдвигающимися при переходе мины в режим атаки. В Episode One эти механизмы могут являться не только врагом, но и союзником. Если взять одну враждебную мину гравипушкой и поднести её к Аликс, та быстро перепрограммирует мину, чтобы она сражалась против солдат Альянса. При этом свечение мины изменится с бирюзового на оранжевый. Побочный эффект перепрограммирования: уничтожив врагов, мина становится красной и оглушительно взрывается.
В Episode One можно увидеть врага, который впервые появляется на поле боя лишь в следующем эпизоде — трёхногого синтета Альянса охотника (так же известного под рабочим названием как мини-страйдер). Охотник появляется в конце видеопослания Джудит Моссман, врываясь на арктическую базу вместе с солдатами, а также в первом рекламном ролике Episode Two. Охотника можно вызвать в качестве противника через консоль (командой «give npc_ministrider»), хотя здесь он представляет собой лишь альфа-версию: тело синтета не текстурировано, он не издаёт звуков и не умеет наносить удары ногами. В Episode One он атакует врага двумя способами, отличающимися от завершённой версии. В ближнем бою охотник стреляет из импульсной пушки; если же противник отходит на большое расстояние, охотник применяет аннигилятор — устройство, создающее поток из антиматерии, в результате выстрела из которого противник либо погибает (аннигилирует), либо получает очень серьёзный урон (аналогичное орбитальное устройство подавления использовал Альянс, защищая Сити 17 в Half-Life 2).

Оружие
В Episode One на протяжении игры доступны все виды оружия из Half-Life 2 за исключением фероподов. На двух первых уровнях игрок вновь получит модифицированную гравипушку, как это было в конце Half-Life 2. Однако ничего нового в арсенал игрока первый эпизод не приносит. В ходе разработки игры сайт Computer and Video Games задал в интервью с Робином Волкером (программистом и дизайнером игры) вопрос «Будет ли хоть одно новое оружие, которое вы бы хотели иметь при себе, окажись вы в неприятной ситуации?», на что Волкер ответил: «В Episode One это будет Аликс — в трудной ситуации вы бы захотели оказаться именно рядом с ней».

Генератор Чёрных дыр
В Episode One можно найти вырезанное из игры, неоконченное, но вполне работоспособное оружие, называемое генератором чёрных дыр (англ. Blackhole Grenade — «Граната чёрных дыр»). Это очень мощное оружие, которое создаёт миниатюрную «чёрную дыру» из брошенной гранаты. Чёрная дыра может засосать кого угодно, включая страйдеров и самого игрока, моментально убив цель. Радиус действия гранаты очень большой, распространяется на все стороны и игнорирует любые препятствия на своём пути. Однако, недоработанный генератор чёрных дыр может вызвать в игре нестабильность и останавливать некоторые скриптовые сцены (например, когда дыра засасывает игрока). Генератор чёрных дыр можно получить через консоль. Для этого нужно ввести режим читов — «sv_cheats 1», затем набрать в консоли «hopwire_vortex 1» и после этого набрать «give weapon_hopwire». Команда «impulse 101» освободит от постоянного набора этого кода.

Движок
Основная статья: Source
В основе игры Half-Life 2: Episode One лежит усовершенстованнный графический движок Source, использованный ранее в оригинальном Half-Life 2. Новые технологии движка, используемые в Episode One:
Рендеринг с высоким динамическим диапазоном (HDR). Эта технология уже использовалась в играх на движке Source, однако в Episode One HDR впервые применяется для тёмных помещений, освещаемых фонариком. Технология HDR в игре позволяет имитировать естественное световое восприятие глаза, что делает освещение более реалистичным. В основном это заключается в адаптации зрения от темноты к свету. Например, когда игрок выходит из тёмного помещения на свет, его «глаза» не успевают сразу привыкнуть к нему, поэтому поначалу всё окружение кажется игроку очень ярким. То же самое происходит и в обратном случае: при переходе из света в тёмную обстановку игрок первое время почти ничего не видит, а потом постепенно приспосабливается к ночному зрению.
Улучшенный алгоритм освещения. Был применён к освещению героини Аликс. Создаётся акцент на яркие световые пятна, появляющиеся при расположении источников света по касательной, как будто источник находится под низким углом к модели (например, яркий закат). Высокодинамическая обработка освещения позволяет эффектно размывать эти пятна. Кроме того, этот алгоритм применяет к шейдерам модели спекулярное освещение, придающее разным элементам модели Аликс (одежде, коже, глазам) более реалистичный и естественный отблеск.
Улучшенная лицевая анимация. Новая система лицевой анимации позволила создать более совершенную и естественную мимику компьютерных персонажей. Была увеличена детализация участков вокруг глаз и рта; туда же добавлено около 50 % новых мимических движений, а у старых элементов мимики повышена резкость анимации. Прежний алгоритм, отвечающий за сглаживание этих участков, был переписан. Так же была создана новая программа, управляющая амплитудой мимики при синхронизации с речью (липсинк), что позволило корректировать движения губ в соответствии с эмоцией и тоном диалога.
Система комментариев. Продемонстрированная ранее в Half-Life 2: Lost Coast технология позволяет в определённых точках игры прослушивать комментарии разработчиков, касающиеся игрового процесса, сюжета, технической части и дизайна. В Episode One существует 115 таких комментариев.
Улучшения ИИ. В Episode One значительно улучшенный искусственный интеллект получила персонаж Аликс Вэнс (см. раздел Геймплей). Так же небольшое дополнение к ИИ приняли солдаты Альянса: в отличие от Half-Life 2, в первом эпизоде они будут в определённых случаях атаковать в полуприседе. Первый раз это можно заметить в Главе 4, в битве на большой улице, до того, как Фримен проникает в убежище Сопротивления.