Самолёт оборудовался противообледенительными устройствами. В герметичных кабинах автоматически до высоты 7000 м поддерживалось давление, соответствующее высоте 2500 м.
Начиная с четвёртой машины внесли первое крупное изменение — систему пушечного оборонительного вооружения ПВ-20. На первых трех Ту-4 по образу и подобию В-29 смонтировали 11 пулеметов УБ калибром 12,7 мм. На всех остальных машинах оборонительное вооружение самолета составляли 10 пушек Б-20Э или НР-23 в пяти башнях с дистанционным управлением. Причем всеми огневыми установками мог управлять один человек с любого места. Нормальный запас бомб составлял 6000 кг. Бомбардировщики-носители ядерного оружия Ту-4А имели возможность брать по одной атомной бомбе. На этих машинах устанавливалась радиационно-биологическая защита.
На бомбардировщике Ту-4 (Б-4) впервые в нашем самолетостроении все элементы оборудования были объединены в системы. Новое бортовое оборудование, особенно автоматика, значительно повысило боевую эффективность самолета. Бортовой локатор с автопилотом позволяли экипажу находить цели и поражать их ночью из-за облаков. С помощью автоматики выдерживался наивыгоднейший режим работы двигателей, что способствовало увеличению дальности полета. Десятки электромоторов, установленных на бомбардировщике, помогали экипажу управлять всеми подвижными элементами самолета: шасси, закрылками, рулями и т. п.
Ту-4 потребовал более высокого уровня подготовки и квалификации наземного персонала. Были проблемы с переучиванием. Несмотря на сложности освоения, самолёт понравился лётчикам и техникам. Большинство приборов и оборудования было размещено удобно и легкодоступно. Гермокабины обеспечивали невиданный ранее комфорт, а в их комплектацию входили даже термосы для горячей пищи и спальные места для членов экипажа. Даже об отправлении естественных надобностей позаботились — три туалетных ведра и бачок, снабженные спецкрышками, обеспечивали более-менее чистый воздух в кабинах. В целом, самолет сразу вызвал к себе искреннее уважение.
Начиная с самолетов 30-й серии на местах летчиков и штурмана-оператора были установлены светофильтры и защитные шторы (от светового излучения ядерного взрыва), а кресла радиста, радиооператора и бортинженера сделали более удобными и регулируемыми по высоте. Также в комплект оборудования был включен навигационный координатор НК-46Б. Это было ламповое счетно-решающее устройство, первый в СССР бортовой компьютер, позволявший производить счисление пройденного пути и непрерывно определять координаты. В те годы кибернетика в СССР считалась лженаукой, а само понятие «вычислительная машина» пахло ересью.
