Однажды жители Грибного королевства получают приглашение посетить остров Пи'илло, превращенный в туристический регион. Во время посещения замка Марио и Луиджи натыкаются на древний артефакт, похожий на каменную подушку. Когда Луиджи засыпает на ней, появляется темный персонаж, похищает принцессу Пич и забирает ее в "Сон Луиджи". Игра Mario & Luigi: Dream Team примерно похожа на предыдущие игры серии Mario & Luigi RPG. Игрок управляет одновременно Марио и Луиджи, используя кнопку A, чтобы заставить Марио выполнять различные действия, и кнопку B, чтобы заставить Луиджи выполнять аналогичные действия. Сражения пошаговые, и в них также используются кнопки A и B для управления Марио и Луиджи. Нажатие кнопок в нужный момент позволяет братьям совершать дополнительные атаки, наносить дополнительный урон, уклоняться от вражеских атак или парировать их. После окончания битвы братья получают опыт и в конечном итоге повышают свой уровень. При этом их характеристики растут, и игрок может выбрать характеристику, которая будет расти еще больше, используя систему, подобную игровому автомату. На определенных уровнях они меняют ранг (с гриба на ранг ракушки, с ракушки на цветок и так далее). При смене ранга игрок может выбрать из списка один бонус (например, дополнительный слот для снаряжения, более высокий уровень HP и т.д.). Игра разделена на реальный мир и мир снов, оба мира имеют различия в геймплее. Реальный мир имеет вид сверху вниз, и в нем сражаются Луиджи и Марио, в то время как Мир снов имеет вид с боковой прокруткой, и, поскольку Мир снов находится внутри снов Луиджи, самого Луиджи заменяет его альтер-эго, Мечтательный Луиджи. У Мечтательного Луиджи те же основные элементы управления, что и у Луиджи, но иногда он может сливаться с Миром снов, чтобы помочь Марио решить головоломки и добраться до определенных мест. Такие действия называются "Луигинация" или "Лугинарные навыки". При помощи сенсорного экрана можно взаимодействовать с Луиджи из реального мира, вызывая изменения в мире снов. В бою Марио сражается один, а Луиджи из сновидений сливается с ним, чтобы повысить его характеристики. Например, когда Марио прыгает на врага, Мечтательный Луиджи тоже прыгает на врага. Как и в других играх серии Mario & Luigi RPG, специальные атаки, называемые атаками братьев, позволяют нанести большой урон, используя умения обоих братьев. В мире снов атаки братьев заменены на луиджинарные атаки. В них используются клоны Мечты Луиджи, называемые Луигиноидами. Существуют специальные битвы с гигантскими боссами, в которых нужно держать 3DS боком, как книгу, и использовать стилус для атаки, уклонения и противодействия. В этих боях Мечтательный Луиджи становится больше и сражается с противником, а Марио ему помогает. Различные предметы и оборудование можно найти по всей карте, причем некоторые из них, например, бобы или спасенные Пи'ило, имеют меню, показывающее, сколько их было найдено. В меню сбора предметов также есть меню "Вызов эксперта", где показаны цели, за выполнение которых в бою начисляются очки. За выполнение этих задач начисляются предметы снаряжения