Развитие ракетной техники во многом зависело от разработки новых материалов, особенно для двигательных установок. В 1946–1948 годах в институте был выполнен ряд научно-исследовательских работ по анализу применяющихся в ракетной технике материалов. Лабораторная база позволяла провести такой анализ (сотрудниками института П. Р. Шелепухиным и Н. Л. Кафенгаузом была создана специальная экспериментальная установка для его проведения). На основе анализа свойств различных материалов была показана целесообразность применения для изготовления внутренней оболочки камеры сгорания хромистой бронзы. Постановлением Совета министров СССР от 13 февраля 1953 года № 443–213 группе организаций в составе НИИ-4 (головной), Государственного института редких металлов, Московского института цветных металлов совместно с ленинградским заводом «Красный выборжец» были поручены разработка технологии выплавки и прокатки хромистой бронзы и внедрение ее в производство жидкостных ракетных двигателей, разрабатываемых ОКБ-456 Министерства авиационной промышленности. Эта работа закончилась позже разработкой и рекомендацией к применению в жидкостных ракетных двигателях жаропрочных высокотеплопроводных медных сплавов.
Институт разрабатывал, участвовал в создании и эксплуатации измерительных комплексов для всех ракетных полигонов и космодромов. Были также проведены исследования и задолго до начала промышленных разработок обоснованы возможность и целесообразность создания железнодорожного ракетного комплекса. Предложения не нашли реализации в силу ряда недостатков комплекса (ограниченный маневр, трудности маскировки, сложность боевого управления). Эти идеи воплощены в практику только в 1980-е годы, когда, используя новейшие достижения науки и техники, были разработаны и приняты на вооружение боевые железнодорожные ракетные комплексы.
Институт имел отделы, занимавшиеся проблемами улучшения характеристик жидких и твердых топлив. Наличие таких отделов обеспечивало высокий уровень исследований в крайне важной тогда области ракетостроения — в области ракетных двигателей.
В 1950–1951 годах были приняты на вооружение две первые баллистические ракеты оперативно-тактического назначения Р-1 и Р-2. В создании и испытаниях этих ракет активное участие принимал и 4-й НИИ. Его ученые сыграли важную роль в разработке проблем баллистики управляемых ракет большой дальности и, в частности, в моделировании их полета, составлении таблиц стрельбы, без которых ракеты не могли быть приняты на вооружение.
