《辐射：钢铁兄弟会》故事发生在一代与二代之间，在本作中，你将扮演Brotherhood of Steel一个为了将世界重建以前繁荣而不惜一切手段的组织中的一员，在这片经过核子洗礼的世界里，运用手中的“史前”科技去扫清前面的一切敌人。钢铁兄弟会这个在一代中“横行霸道”的组织相信一定给一代的玩家留下了极其深刻的印象，而在二代中由于神秘原因，他们退居幕后，戏份原没有一代中那么重，这对于老玩家来说一定是一件极不过瘾的事情。
一开始，队伍受Barnaky将军指派，为了帮助解救遭受匪帮侵犯的Brahmin Wood村而来到了此地。在成功剿匪后，队伍又收服了Quincy城。不过在St.Louis地区附近，兄弟会的部队却遭到超级突变人的伏击。在随后的战役中，队伍终于发现突变人的首领Gammorin原来就是原钢铁兄弟会的圣武士Latham!成功降伏变种人军队后，一个可怕的阴谋正威胁着全人类的安危：各地纷纷出现杀伤力惊人的机器人部队。经过调查后，终于发现在背后操纵这一切的原来是一台名为Calculator的超级计算机。
战争是残酷的，为了同一目的不少兄弟姐妹都牺牲了自己的性命。为了世界的安危，全体队员最终消灭了Calculator。整个荒原大陆上的机器部队由于失去的主机的控制而全部瘫痪，我们挽救了这个世界。然而只要有野心就一定会再次出现危急世界的事情出现，不过那将是以后的另一段英雄传说了，不是吗? 由上面的剧情简介不难看出，本作的剧情十分深邃严谨。整个单人模式共有30余个任务等待各位完成，其中21个为主线剧情，剩下的10余个为支线剧情。
在这30余个任务中，游戏又将其划分为三大章节进行。每一张都有完整的地图与任务体系并允许玩家选择配置自己想完成的任务。各个任务之间都有紧密联系，在玩家执行一项任务时其它任务都会因此受到影响进而影响随后的进程。此外，每一项任务都有详细的说明，从而帮助玩家做出正确的选择，找到合适的队员与装备。在这些帮助条件中，确保了每个任务都可以有几种不同的完成方法。多变的游戏方式配合多变的游戏任务，在无形中增加了耐玩度、趣味性从而延长了游戏的寿命。
本作最大的特色就是融入了“即时行动”的概念：当开启这个模式后，游戏的所有单位行动是全程即时制的。敌我双方都会同时行动，另难度和流畅性大增。
虽然看起来像是如同《红警》那样的战略游戏，但其实游戏仍然是以回合算法在运行。你并不能在敌人进行攻击，举起枪之前赶紧卧倒就能躲到子弹，当敌人对角色做出了“攻击”的判定后，玩家只能接受命中检定，系统判定了敌人这个时候已经是“命中”的话，玩家即使不在弹道上也会受伤害。
