Juoni
Peli alkaa siitä, kun Mario ja Luigi aikovat mennä Peachin luokse. Talosta lähdettyään Toad tulee kertomaan, että Peach on kidnapattu. Mario ja Luigi lähtevät Bowserin luo mutta käy ilmi ettei hän ole siepannut prinsessaa. Pelin antagonisti Count Bleck ilmestyy ja kaappaa Luigin, Peachin ja Bowserin omaan ulottuvuuteensa. Mario jää omaan ulottuvuuteensa ja tapaa Pixlin nimeltä Tippi, joka vie hänet ulottuvuuksien väliseen Flipside-kaupunkiin. Tällä välin Count Bleck pakottaa Peachin ja Bowserin naimisiin, jonka seurauksena hän saa käsiinsä Kaaossydämen. Tämän voimin Bleck avaa maailmankaikkeuden tuhoavan tyhjiöreiän universumiin, jonka Mario näkee Flipsidessa tavattuaan Merlonin. Merlon kertoo Mariolle, että hänen on kerättävä ovientakaisista maailmoista kahdeksan Puhtaussydäntä, jos hän haluaa pysäyttää Count Bleckin suunnitelman.
Kerätessään sydämiä Mario löytää uusia Pixleitä, Peachin, Luigin, Bowserin, toisen kaupungin (Flopsiden), saa ystäviä eri ulottuvuuksista ja taistelee Bleckin kätyreitä vastaan. Myöhemmin Count Bleckin kätyri Dimentio tekee yllätyshyökkäyksen Merlonin luona ja siirtää sankarit eri puolille pelinsä päättäneiden maailmaa. Tehtyään vaikutuksen paikalliseen alamaailman kuningattareen, Mario ja Luigi palaavat Flipsideen ikään kuin kuolleista. He avaavat siellä uuden oven, palaavat alamaailmaan ja löytävät Bowserin sekä Peachin kiivetessään alamaailman yllä sijaitsevalle pilvikaupungille. Vapautettuaan tämän kaupungin Skellobittien vallasta, kaikki 8 Puhtaussydäntä on kerätty. He lähtevät viimein Count Bleckin omaan ulottuvuuteen tyhjiön juurelle, jossa taistelu maailman kohtalosta odottaa.
Pelihahmot
Jokaisella hahmolla on erilaiset erikoiskyvyt ja toiminnot.
- Mario – Marion erikoistaito kääntää pelimaailmaa 90°, jolloin pelaaja pääsee seikkailemaan kolmiulotteisessa ympäristössä. Näin paljastetaan myös useita aarteita ja muita salaisuuksia.
- Prinsessa Peach – Koska Peach on kevyt, hän voi leijailla sateenvarjollaan sekä mennä sateenvarjonsa alle, jolloin vihollisten iskut eivät tepsi häneen.
- Bowser – Suurin, painavin ja hitaimmin liikkuva hahmo. Bowser voi syöstä tulta ja tehdä hyökkäyksillään kaksinkertaista vahinkoa pelin vihollisia vastaan.
- Luigi – pystyy tekemään suuren hypyn, joka lennättää hänet ulos ruudulta. Näin päästään uusille alueille, joille muut hahmot eivät pääse.
Flipside
Flipside (kääntöpuoli) on ulottuvuuksien välillä oleva kaupunki. Kaupungissa on monia eri palveluita kuten korttikauppa, hotelli, ruokala, kauppa ja ennustaja. Kaupungissa on myös Pit of 100 Trials, jossa on sata erää läpäistävänä. Flipsidestä pääsee seitsemään eri maailmaan, mutta joka maailman avaamiseen tarvitaan sydän, joka on vietävä pilariin. Kaupungissa asuu monia eri hahmoja, joista on hyötyä kuten Merlon, joka kertoo Mariolle mitä tehdä.
