Некоторые инновации, представленные в Fallout 3 и отличающие её от предыдущих частей серии:

• Переход к трёхмерному «бесшовному» миру. 1 Города, здания и подземелья в игре представляют собой отдельно загружаемые области, но в остальном трёхмерный мир полностью непрерывен, и по нему можно путешествовать практически так же, как в реальности. 1
• Реализованная система детализации и прорисовки открытого мира. 4 Под более проработанной поверхностью всегда находится её низкополигональная копия. 4 Её становится видно, когда игрок уходит от нужного сегмента — детализированная версия в этот момент попросту пропадает. 4
• Модель освещения. 1 Эффекты HDR создают ощущение присутствия в атмосфере большого количества пыли, сквозь которую вынужден пробиваться солнечный свет. 1
• Рельефные эффекты. 1 В игре есть, например, отпечатки ног, имитация покорёженного металла, а также водная поверхность, использующая карты смещения, реалистичные отражения и рефракцию. 1