Тепловоз с гидропередачей предназначен для грузовых и пассажирских перевозок по узкоколейным железным дорогам колеи 750 мм, а также для маневровых работ на станциях и путях промышленных предприятий. Для УЖД Кулебакского металлургического завода были изготовлены тепловозы ТУ4 с шириной колен 1067 мм. Тепловоз может перемещать состав весом 250 т на подъем 10% со скоростью 10 км/ч, имеет гидромеханическую передачу, благодаря которой у него хорошие динамические качества, экономичная тяговая характеристика, простое управление.
Оборудование тепловоза ТУ4 размещено на раме, опирающейся на две двухосные тележки. Кузов тепловоза ТУ4, капотного типа. Кабина машиниста несколько смещена к задней части локомотива. В раме имеются балластные ящики, которые могут быть загружены чугунными или бетонными болванками. Под передним капотом, имеющим удлиненную форму, размещены: двигатель, гидропередача, топливный и масляные баки, компрессоры, система охлаждения двигателя и гидротрансформатора. Открывающиеся боковые створки, а также быстросъемные крышки и передняя облицовка капотов дают свободный доступ ко всем механизмам, размещенным под капотом.
Задний капот по форме такой же, как и передний, но немного короче. В нем размещают аккумуляторные батареи и багажник для хранения инструмента и снаряжения к тепловозу. Кабина машиниста расположена между передним и задним капотами. Она цельнометаллическая, внутри обшита фанерой, между металлической стеной и фанерой заложен теплоизоляционный материал. Кабина имеет хорошую обзорность, в холодное время года обогревается специальными подогревателями, связанными с водяной системой охлаждения двигателя. В ней размещены все органы управления тепловозом и контрольные приборы. Управление тепловозом сосредоточено в специальном столе, установленном у передней стенки кабины. Оно двухстороннее, т. е. машинист может управлять тепловозом, находясь с правой или с левой стороны кабины. Управление тепловозом в основном сводится к вращению штурвала главного вала, с которым связано переключение реверса, наполнение двигателя, а также блокирующее устройство включения главного вала и реверса.