Действия игры происходят в городе Палмонт, по которому игроку, как и в Most Wanted, предоставлена свобода передвижения. По сюжету главный герой должен побеждать в гонках городских районов и собрать команду, чтобы разобраться в истории с украденной сумкой денег. Действие вновь переносится в ночное время суток. Основными нововведениями в Need for Speed: Carbon являются возможность собрать команду гонщиков и захват районов. Также в Carbon впервые появляется система тюнинга Autosculpt.
В отличие от предыдущей части игры, полиция в Carbon менее активна и основной акцент делается на гоночные состязания и тюнинг автомобилей. Как и предыдущие части серии, игровой процесс в Need for Speed: Carbon сосредоточен на уличных гонках. Как и в предыдущей игре, в Carbon игрок может свободно разъезжать по городу, который называется Палмонт. Помимо гражданских автомобилей, на улицах ездят уличные гонщики[~ 1], с которыми можно устроить дуэль. Игрок может как принять вызов, так и отказаться. В случае соглашения игрок выбирает на карте одну из доступных финишных черт. Если игрок побеждает в гонке, то получает вознаграждение в 1000 наличных. В зависимости от активности команд районов гонщики могут чаще или реже ездить: обычно, если территория не находится под влиянием команды игрока, то соперники встречаются чаще, чтобы устроить дуэль. Помимо уличных гонщиков, в городе можно обнаружить пиктограммы, обозначающие место проведения гонок; их внешний вид зависит от того, к какому типу соревнований они относятся. В городе также располагаются убежища игрока. В начале игры присутствует только одно убежище, но по мере прохождения становятся доступными и другие. По городу можно обнаружить автосалоны, которые открываются после прохождения нескольких гонок в том или ином районе. В автосалонах игрок может купить себе новый автомобиль для продвижения по карьере. Как и в Need for Speed: Most Wanted, в игре предусмотрен просмотр сообщений, которые на протяжении режима карьеры присылают боссы, помощники и различные гонщики. В сообщениях могут находиться советы для игрока, информация о грядущих событиях и гонках, а также темы разговора отдельных команд и гонщиков.
