Mlem: Agencja kosmiczna jest stosunkowo prostą grą z gatunku push your luck. Runda składa się z kilku faz: wyboru kosmonautów do wyprawy, sama wyprawa i ostatecznie lądowanie lub rozbicie.

Kapitan wyprawy (najczęściej – pierwszy gracz) rzuca wszystkimi dostępnymi kośćmi. Następnie sprawdza, których z nich może użyć do poruszenia znacznikiem rakiety. To jakich kości można użyć, oznaczone jest obok każdego pola na torze kosmicznej wyprawy. Raz wybrane kości zostają odrzucone z gry na czas trwania danej rundy (pomijając kości dopalacza), statek porusza się o tyle pól, ile wskazywała liczba oczek na kościach, po czym każdy z graczy decyduje: zostaje na statku, czy leci dalej.

Jeśli rzut okazał się pechowy, tj. żadna wartość nie może zostać użyta do poruszenia rakietą – statek eksploduje, wyprawa się kończy, a koty wracają na planszetki graczy.

Gra trwa do momentu, gdy któryś z graczy umieści wszystkich swoich astronautów na planszy lub gdy rakieta rozbije się 11 razy. Grę wygrywa gracz, który zdobędzie najwięcej punktów na koniec gry. Punkty zdobywamy za lądowanie na planetach, księżycach, spełniając cele w trakcie gry.

Każdy z astronautów ma specjalne zdolności. Przykładowo jeden może wyskoczyć z rakiety po jej eksplozji, inny daje graczom podwójne punkty, jeśli zostanie umieszczony na odpowiednim obiekcie itd. itp.