资料表明，“水手4”号是一系列以飞越方式进行行星际探险中的第四个，并且是第一个成功飞越火星的太空船。它传回了第一张火星表面的照片，并且是第一张从除了地球以外另外一个行星上拍的照片。与此同时，这张充满了陨石坑、死寂世界的照片，震惊了全科学界。
“水手4”号的任务除了执行近距离火星科学观测，并将结果传回地球，其他的任务目标还包括在火星附近执行行星际的地表及粒子测量，并为长途星际飞行的工程技术提供经验及知识。
“水手4”号火星探测器示意图
“水手4”号太空船由八角形镁合金结构组成，对角线长度为1270毫米，高度为457毫米。上面有4个长度为6.88米的太阳能面板，与此同时，还置有一直径为1168毫米的高增益碟形天线，而另一个低增益全向天线则置于高增益天线旁的一个2235毫米高天线杆上。该太空船总高度为2.89米。太空船底部的中间有一个置于扫描平台上的电视相机。该飞船的八角形框架里容纳了电子器材、缆线、中途推进系统及姿势控制气体供应调节器。而大部分的科学仪器置于框架的外面。科学仪器，除了电视相机之外，还有磁力计、尘埃侦测器、宇宙射线望远镜、太阳等离子侦测器及离子室(盖格计数器)。
而该探测器的电力来源则是由4个170厘米×90厘米的太阳能面板里的28224个太阳能电池提供。该电池可以给探测器提供310瓦电力。除此之外，探测器里还装有一个可充电的1200瓦/小时的银—锌电池，可作操纵及备份用。该探测器的姿势控制由置于太阳能板底部及3个回转仪的12个冷氨气喷嘴提供。
通讯装备由一个双S频7瓦的发射器及一个单接收器组成，可由低、高增益天线以81/3或331/3位元/秒速度传送及接收资料。有趣的是，资料也可储存于一个容量为5.24MBits的磁带记录器上，稍后再传送也可以。由于火星上昼夜温差很大，所以科学家们在研制该探测器时，便想到了其温度控制，而事实上该探测器的温度控制则是由可调整的天窗、多层隔热毯、铝护罩及表面处理达成。
该探测器成功地执行了所有规划的活动，并且回传了有用的资料。在后来的1964年12月7日，姿势控制系统里的气体已经用完了，随后的12月10日及11日发生了83次有记录的微陨石撞击，造成高度扰动及信号强度的降低。1967年12月21日，与“水手4”号失去联络。
科学家们由探测器发回的资料分析得出，由于陨石坑与薄大气层显示出一个相当不活跃的行星，所以在火星上找寻智慧生物的希望基本上破灭了。我们知道，火星上的生命曾经是几个世纪以来科幻小说的主题，但在“水手4”号任务后，一般便开始认为如果火星上有生命，它大概会以更小、更简单的形式存在。