Сюжет Half-Life: Decay идёт параллельно событиям Half-Life. На протяжении игры две коллеги Гордона Фримена, Джина Кросс и Колетт Грин, помогают ему по мере своих возможностей.
Глава 1: Двойной доступ (англ. Dual Access)
Джина Кросс и Колетт Грин, под руководством докторов Келлера и Розенберга, доставляют образец кристалла Зена и подготавливают анти-масс спектрометр для Гордона Фримена. В ходе эксперимента происходит каскадный резонанс. Героини возвращаются к Келлеру и Розенбергу, встречая по пути враждебную фауну Зена. Келлер считает необходимостью закрыть пространственный разлом, а Розенберг - выбраться на поверхность и позвать за помощью.
Глава 2: Полоса препятствий (англ. Hazardous Course)
Джина и Колетт сопровождают доктора Розенберга на пути к железнодорожной станции, кратчайшему пути на поверхность.
Глава 3: Вызов с поверхности (англ. Surface Call)
Троица пробирается к центру спутниковой связи, где им необходимо настроить спутниковую тарелку, чтобы вызвать военных. Розенберг остаётся ждать их прибытия (его дальнейшую судьбу можно узнать в Half-Life: Blue Shift). Колетт и Джина возвращаются к Келлеру.
Глава 4: Резонанс (англ. Resonance)
Доктор Келлер посылает Джину и Колетт активировать подавляющие шлюзы, чтобы перезапустить подавляющее поле, которое поможет избежать повторного каскадного резонанса. Пришельцы продолжают хаотичную телепортацию, в небе пролетают вертолёты - знак прибытия военных.
Глава 5: Домашнее насилие (англ. Domestic Violence)
Для запуска ракеты необходимы коды, имеющиеся у охранников Чёрной Мезы. Джина и Колетт ищут их, но видят, что остатки выживших добивают военные. Разобравшись с ними, героини всё же находят выжившего охранника, сопровождая его к Келлеру.
Глава 6: Код «Зелёный» (англ. Code Green)
Кросс и Грин пробираются в здание воздушного контроля Чёрной Мезы, где они дают мониторингу космического пространства разрешение на передачу кодов для запуска спутника.
Глава 7: Перекрёстный огонь (англ. Crossfire)
Кросс и Грин, пробравшись по канализации, попадают в Гамма-лаборатории, где находят смещающий маяк, который может помочь обратить каскадный резонанс.
Глава 8: Напряжённость (англ. Intensity)
Келлер поручает Колетт и Джине отправиться на нижние уровни лабораторий. Героиням приходится правильно расположить зеркала для активации лучевой матрицы.
Глава 9: Разлом (англ. Rift)
При помощи смещающего маяка заряжаются три кристалла Зена. Чтобы помешать их фокусировке и последующему закрытию пространственного разлома, на площадку у маяка начинают телепортироваться войска Зена. Затем из портала неожиданно появляется скат Зена. Расправившись с ним, героини застревают в гармоническом рефлюксе, но затем телепортируются к доктору Келлеру. Он поздравляет их с успешно выполненным заданием.
Бонусная глава: Зен атакует (англ. Xen Attacks)
Два вортигонта, посланные Нихилантом, должны вернуть в Зен образец кристалла, находящийся в Чёрной Мезе и использующийся для опытов. Они находят его на подземной стоянке, захваченной военными. Разобравшись с ними, а также с чёрными оперативниками, вортигонты успешно выполняют свою миссию, возвращая кристалл в Зен.
