Разработчики сразу отказались от идеи создания игры на основе ролевой системы Dungeons & Dragons по причине существования множества игр в жанре фэнтези. По словам Фергуса Уркхарта, у Fallout не было прототипов — для формирования окончательной концепции разработчиками были исследованы десятки ролевых игр. Изначально в Fallout планировалось использовать ролевую систему GURPS. Но когда представители компании Стива Джексона, создателя GURPS, увидели вступление к игре, где американский солдат в силовой броне убивает канадского пленника, они возмутились высоким уровнем насилия и разорвали контракт. Для игры была разработана собственная система, созданная по подобию настольной GURPS и получившая название SPECIAL — по первым буквам основных характеристик персонажа: Strength (Сила), Perception (Восприятие), Endurance (Выносливость), Charisma (Обаяние), Intelligence (Интеллект), Agility (Ловкость), Luck (Удача), — хотя изначальным её названием было ACELIPS. Разработкой новой системы занимались Тим Кейн и Кристофер Тайлор, который также написал полный сценарий игры. Тайлор впоследствии вспоминал, что систему удалось разработать в течение одной недели. Позднее в игру также была внедрена система перков, ставшая известной.

Головы основных персонажей, задействованные в диалогах с ними, создавались с использованием глиняных масок, которые при помощи программного пакета LightWave 3D переводились в трёхмерную графику, а затем анимировались. На создание одной головы у разработчиков уходило около 8 недель, их разработкой занимались Скотт Роденхейзер и Эдди Рейнуотер. Для озвучивания неигровых персонажей были приглашены такие актёры, как Тони Шалуб, Брэд Гарретт, Дэвид Уорнер и Ричард Дин Андерсон. На роль рассказчика был приглашён Рон Перлман; именно он произносит фразу War. War never changes («Война. Война никогда не меняется»). Созданием игровых карт занимался Скотт Эвертс; для их разработки применялись программы Canvas и Mapper. Оформлением игрового мира занимался Леонард Боярский, разработку игрового интерфейса и создание видеороликов осуществлял Джейсон Андерсон. Эвертс вспоминал, что разработчикам удалось создать такую игру, в которую хотелось играть им всем.

В игру были включены два персонажа-талисмана: Волт-бой и Пип-бой; последний изображён на портативном компьютере главного героя. Идея создания Волт-боя принадлежит Боярскому, а его рисунок — художнику Трэмеллу Рэю Исааку. Внешность Волт-боя основана на персонаже игры Монополия по имени Богатый дядя Пеннибэгс. В самой игре имя данного персонажа не фигурирует. Кейн и Боярский практически не упоминали его в интервью. При создании Пип-боя за основу был взят маскот сети ресторанов Big Boy, основанной в 1936 году.

Джейсон Андерсон рассказывал, что изначально разработчики предполагали создать окончание, в котором главный герой торжественно возвращается в убежище. Однако при работе над соответствующим видеороликом они подумали, что такая концовка окажется заурядной и невпечатляющей, и решили сделать концовку, в которой герой, наоборот, будет изгнан из убежища. Тим Кейн поначалу не был уверен в необходимости её внедрения, так как она могла не понравиться поклонникам, но в конце концов согласился.

В качестве главной темы разработчики намеревались включить в игру песню I Don’t Want to Set the World on Fire группы The Ink Spots, но не смогли этого сделать из-за проблем с авторскими правами. Эта песня позднее была лицензирована компанией Bethesda для использования в игре Fallout 3. Основной песней оригинальной игры стала Maybe, исполненная той же группой.