ТГМ4 — четырёхосный тепловоз с гидромеханической передачей, сконструированный на Людиновском тепловозостроительном заводе на базе тепловозов ТГМ3 и ТГМ6А. ТГМ4, по сути, является продолжением ТГМ3, но с новым дизелем взамен не совсем удачного М753. На тепловозе установлен четырёхтактный шестицилиндровый дизель 211Д-1, 211Д-2 или 211Д-3 (по ГОСТам 6ЧН 21/21) с наддувом и непосредственным впрыском топлива. При 1400 об/мин дизель развивает мощность 750 л.с. На тепловозе ТГМ4 установлен балласт весом 15 тонн.