Steam Frame mette al centro lo streaming wireless della libreria Steam da PC, affiancandolo all'esecuzione autonoma dei giochi compatibili. Il visore di Valve supporta sia le esperienze in realtà virtuale sia i titoli tradizionali, con un sistema che integra schermi, tracciamento, audio e comandi da gamepad. Il dispositivo utilizza SteamOS e mantiene la compatibilità con SteamVR e OpenXR.
Per il collegamento al PC, la confezione comprende un adattatore wireless a 6 GHz che crea una connessione dedicata. Il dispositivo dispone di due radio: una gestisce la trasmissione di immagini e audio, mentre l'altra si collega alla rete Wi-Fi. Questa configurazione separa il traffico dello streaming dalla connessione alla rete domestica, evitando che i due collegamenti competano per la stessa banda.
La trasmissione impiega inoltre il Foveated Streaming, che utilizza il tracciamento dello sguardo per concentrare il dettaglio dell'immagine nella zona osservata dal giocatore. Il rilevamento dei movimenti del visore e dei controller è invece affidato a quattro telecamere monocromatiche integrate. Gli illuminatori a infrarossi consentono al sistema di tracciamento di funzionare anche negli ambienti bui.
I controller adottano una disposizione da gamepad divisa fra le due mani. Accanto agli input per la realtà virtuale trovano posto croce direzionale, pulsanti ABXY, levette, grilletti e dorsali, destinati anche ai giochi tradizionali. Il rilevamento capacitivo delle dita completa i comandi VR; le levette magnetiche sono dello stesso tipo utilizzato nello Steam Controller.
Sul fronte software, Steam Frame supporta diversi modelli di esecuzione: giochi per Windows e Linux, applicazioni native ARM64 e pacchetti Android. La documentazione per gli sviluppatori comprende strumenti per caricare ed eseguire i titoli sul dispositivo, configurare gli input e integrare OpenXR nei motori di gioco. Il supporto riguarda tanto i contenuti trasmessi dal PC quanto le applicazioni eseguite direttamente sul visore.
Per distinguere le esperienze utilizzabili senza streaming, Valve impiega il programma Steam Frame Standalone Verified, dedicato ai giochi VR e tradizionali che funzionano sul dispositivo in autonomia. Il sistema operativo offre anche sospensione e ripresa rapida delle sessioni e salvataggi cloud. Come sugli altri dispositivi con SteamOS, gli utenti possono installare applicazioni proprie e aprire un browser.