Chemical Plant Zone rozgrywa się w wielkiej fabryce chemikaliów, tak samo jak oryginalny poziom z Sonic the Hedgehog 2. Poziom poprzedzony jest cutscenką. Po pokonaniu Death Egg Robota, gracz wskakuje do utworzonej przez niego przepaści. Tam, pokonany Eggman zdenerwowany wykrzykuje i atakuje Hard-Boiled Heavies, które rozpraszają się. Następnie Eggman używając mocy Phantom Ruby przenosi gracza do Chemical Plant Zone.
Akt pierwszy jest dosyć wierny oryginalnemu poziomowi. Tak jak w przypadku oryginalnego poziomu, pojawiają się tutaj żółto-niebieskie tuby. Krzyżują się one, pozwalając graczowi na wybór ścieżki. Pojawiają się jednak nowe sekcje i elementy. Tuby znane z oryginału przypominają teraz tuby z Metallic Madness. Gracz może wybrać ścieżkę, do której poprowadzi go tuba. Pojawiają się wyskakujące z tub chemikalia. Szybkie poruszanie się umożliwają panele przyspieszające. Pojawiają się również żółte klocki, zarówno w grupach jak i pojedynczo. Poruszają się one najczęściej wokół jednego punktu lub są używane jako schody. Powraca również Mega Mack oraz niesławna sekcja platformowa z nim związana.
Akt drugi rozgrywa się bliżej maszynerii widocznej w tle. Po ścianach i sufitach przesuwają się platformy z żelem, do którego może przyczepić się gracz. Pozwala to na poruszanie się po wysokich pionowych korytarzach. Innym elementem są generatory pomarańczowych i żółtych kulek, które układają się w kształt podwójnej helisy DNA. Dzięki temu gracz może z łatwością poruszać się w górę. Poszczególne obszary zalane są przez niebieskie chemikalia, od których może się odbijać gracz. Gdzieniegdzie znajdują się strzykawki pozwalające wpuścić do zbiornika zieloną substancję, która wzmocni chemikalia i pozwoli graczowi odbijać się wyżej.
Po pokonaniu bossa poziomu i zniszczeniu kapsuły, gracz udaje się do Studiopolis Zone, wskakując do pobliskiej tuby.
Mini-bossem poziomu jest Amoeba Droid, robot przypominający Big Icedusa. Zanurza się on w chemikaliach pod areną i wytwarza z nich osłonę. Do pokonania wymaga 6 uderzeń.
Boss poziomu jest nietypowy. Zamiast atakować i zadawać obrażenia fizycznie, gracz stacza z Eggmanem pojedynek w Dr. Robotnik's Mean Bean Machine. Aby pokonać bossa, gracz musi zablokować mu możliwość ruchu.
