Il existe huit mini-jeux différents disponibles dans The Lab. Ils existent comme d'autres univers à l'intérieur de la zone centrale, elle-même située dans le laboratoire d'Aperture Science.
Comparé à la série de jeux Angry Birds, ce mini-jeu utilise une machine de calibration qui projette des Noyaux de Personnalité sur des amas de débris et d'explosifs. Le but du jeu est de causer un maximum de destruction avec le nombre de noyaux disponibles. Chaque noyau possède un trait de personnalité principal différent, et diverses voix contribuent à l'interprétation des rôles.
Ce jeu de tir à l'arc utilise deux manettes de détection de mouvements pour viser et tirer, l'une faisant office de flèche et l'autre d'arc. Le joueur doit défendre la porte d'un château contre une invasion, du haut des remparts. Les ennemis sont représentés par des silhouettes noires inspirées des publicités d'Aperture Science, déjà présentes dans les deux jeux Portal. Outre les flèches, les tirs précis sur les cibles activent également des pièges, comme des jets d'huile enflammée.
Décrit comme un jeu de type « bullet hell », Xortex consiste à piloter un vaisseau spatial à l'aide des manettes et à le déplacer dans l'espace pour éviter un déluge de projectiles de plus en plus difficile. Le vaisseau peut également riposter aux vaisseaux ennemis. Le jeu propose différents niveaux, des combats de boss et un tableau des scores. La possibilité de jouer en utilisant uniquement le haut du corps est l'une des caractéristiques marquantes de ce mini-jeu.
Ce mini-jeu est décrit comme des « vacances virtuelles » qui transportent le joueur au sommet d'une montagne ou dans une « nature sauvage islandaise » où il peut se déplacer grâce à un système de téléportation. Un chien robot accompagne le joueur et il est possible de jouer à la balle avec lui à l'aide d'un bâton. La zone montagneuse a été créée en combinant de nombreuses photographies d'une chaîne de montagnes proche du siège de Valve, Vesper Peak. D'autres environnements sont accessibles soit en manipulant la prise sur le tableau d'affichage des cartes postales dans le laboratoire, soit en utilisant le menu déroulant affiché sur l'écran miroir de l'ordinateur. Parmi ces environnements figurent une place de Venise et une grotte décrite comme un « tunnel de lave ». Ce dernier ne contient ni chien robot ni bâtons, mais une machine à ballons capable de gonfler des ballons de différentes couleurs qui flottent dans la grotte.
Ce mini-jeu, à vocation médicale, est dépourvu de gameplay à proprement parler, mais met plutôt en avant les possibilités et applications futures de la réalité virtuelle dans les domaines médical et scientifique. Human Medical Scan propose une silhouette humaine 3D composée de nombreux scanners CT, dont le joueur peut explorer les différentes couches pour observer des caractéristiques biologiques spécifiques.
Ce mini-jeu propose une représentation virtuelle du système solaire où les planètes et autres objets peuvent être ramassés, déplacés et lancés.
Ce mini-jeu reprend une démo technique créée par Valve pour le HTC Vive et initialement sortie en mars 2016. On y incarne un joueur humain dans un laboratoire d'essais dirigé par GLaDOS, chargé de réparer le robot Atlas de Portal 2. Le mini-jeu se présente comme une sorte de sketch humoristique interactif, avec un scénario et des événements prédéfinis. Contrairement aux autres mini-jeux, développés avec le moteur Unity, Robot Repair utilise le moteur Source 2 de Valve.
Secret Shop plonge le joueur dans la boutique d'objets du jeu vidéo multijoueur en ligne (MOBA) Dota 2 de Valve, avec de nombreux objets du jeu avec lesquels interagir et des secrets à découvrir. Le joueur peut déclencher divers sorts aux effets variés, comme celui de rétrécir son propre modèle.
