La principal diferencia entre el M4 y el M4A1 son las opciones de disparo: el M4 posee el modo "S-1-3" (seguro/semi-automático/de 3 en 3 tiros) mientras que el M4A1 tiene un modo "S-1-F" (seguro/semi-automático/automático). El modelo denominado M4 MWS (Modular Weapon System) posee un conjunto de accesorios que incluye un lanzagranadas M203, bípode, cacha delantera (foregrip) RIS, asa y mira trasera removible, sistema láser AN/PEQ-2 y otros dispositivos adicionales. Debido a su cañón más corto que el del M16, su alcance efectivo es de 150 metros (combate urbano) y su alcance máximo es de 460 metros. Actualmente se fabrica una variante del M4A1 (921) con cañón grueso (bull barrel) para facilitar la disipación de calor en modo automático y un aislante (buffer) denominado H2 que consiste en dos contrapesos de tungsteno y uno de acero. A dicha variante se le conoce como Colt modelo 921HB (por Heavy Barrel), aunque su denominación militar no varía (M4A1). Los otros fabricantes de armas similares al M4 (como Heckler & Koch, Bushmaster y la canadiense Diemaco) han proporcionado tales carabinas al SASR (Australian Special Air Service Regiment) y el SAS británico. Otros países que utilizan el modelo M4 y sus variantes son: Afganistán, Argentina, Australia, Brasil, Colombia, Corea del Sur, Chile, Filipinas, Francia, Gran Bretaña, Grecia, Indonesia, Israel, Egipto, Japón, Jordania, Líbano, Malasia, México, Pakistán, Perú, Polonia, Singapur, Tailandia y Turquía. Entre las deventajas del M-4 respecto al M-16 (además de su menor rango o alcance efectivo) se encuentra la menor velocidad inicial de las ojivas, más ruido y calor generado, vibración y calor de la empuñadura, algunos problemas de alimentación cuando se utiliza intensivamente, poca facilidad de mantenimiento y mayor desgaste de su mecanismo debido al menor tamaño de su sistema operado por gases. Se dice que el ejército de EU favoreció su adopción a pesar de que en las pruebas M4 tuvo un desempeño inferior al Heckler & Koch XM8, FNH SOF Combat Assault Rifle (SCAR) y el Heckler & Koch HK416. Sin embargo, los precios bajos ofrecidos por Colt fue un factor determinante en la elección final. A pesar de ello, 85% de los soldados norteamericanos encuestados manifestaron estar satisfechos con el desempeño de su M4 en combate en Iraq y Afganistán.
