Dual Destinies continua o estilo de jogo das parcelas anteriores, nas quais o jogador deve utilizar evidências e encontrar contradições nas declarações das testemunhas para provar a inocência de seu cliente. Como as parcelas anteriores, a jogabilidade é dividida entre Investigações, nas quais os jogadores encontram evidências e questionam testemunhas, e Julgamentos, onde devem usar as evidências para expor contradições. O jogo agora apresenta gráficos 3D completos e modelos de personagens, permitindo ângulos de câmera mais dinâmicos durante o jogo, como percorrer rapidamente o tribunal nos momentos antes de uma revelação dramática. A câmera 3D também permite que as sequências de investigação ocorram em espaços 3D, permitindo maior profundidade de investigação, como a capacidade de girar em torno de uma sala para procurar pistas.

Dual Destinies se passa cerca de um ano após os eventos de Apollo Justice: Ace Attorney. O sistema jurídico entrou em uma era sombria, repleta de acusações falsas e evidências fabricadas. A Wright Anything Agency, dirigida por Phoenix Wright, que retoma o exame de bar para mais uma vez se tornar um advogado de defesa após o jogo anterior, assume uma advogada recém-batizada chamada Athena Cykes, especializada em psicologia analítica, juntando-se a seu outro jovem advogado, Apollo Justice. Trabalhando juntos, Apollo e Athena lidam com o caso de um vereador assassinado, enfrentando Simon Blackquill, um feroz promotor que é ordenado a comparecer ao tribunal apesar de atualmente cumprir uma sentença de assassinato (no segundo caso do jogo). Depois, Athena defende sua amiga de infância, Juniper Woods, depois de ser acusada do assassinato de sua professora em uma faculdade de direito, recebendo ajuda do promotor Klavier Gavin (terceiro caso).