В состав корабля HTV-4 размером 10×4,4 м входит грузовой модуль, расположенный в его носовой части и состоящий из герметизированного грузового отсека PLC (Pressurized Logistics Carrier), оборудованного восемью стандартными стойками для размещения внутреннего полезного груза, и негерметизированного грузового отсека ULC (Unpressurized Logistics Carrier), внутри которого находится платформа EP (Exposed Pallet) для размещения грузов, предназначенных для монтажа на внешней поверхности станции. (Отмечается, что в настоящее время аналогичными техническими возможностями располагает только космический аппарат (КА) Dragon. В средней части корабля располагается модуль электронного оборудования с системами управления и энергообеспечения, а в хвостовой – модуль с двигательной установкой, топливными баками и двигателями для коррекции орбиты.

В полезный груз корабля HTV-4 были включены продукты питания, вода, одежда, средства гигиены, запасные части, техническое оснащение для проведения научных экспериментов и другое оборудование общей массой 3,6 т, в том числе:

высокочувствительная камера, предназначенная для наблюдения обнаруженной в сентябре 2012 года кометы ISON, которая в декабре 2013 года будет находиться на максимально близком расстоянии от Земли; человекоподобный робот, именуемый Kirobo (Kibo Robot Project), размером 34 см и массой 2,2 кг. Намечено проведение экспериментов по установлению речевого взаимодействия робота с астронавтами, а также по каналу связи «борт-Земля» с общественностью в Японии. По планам, робот Kirobo будет возвращен на Землю в декабре 2014 года; оборудование TB-3 (Task Board-3) для реализации второго этапа программы RRM (Robotic Refueling Mission) по демонстрационной отработке процедуры автоматизированной дозаправки КА в космосе. В ходе выполнения этого этапа будет производиться моделирование процесса заправки криогенной жидкостью приборов действующего спутника; оборудование Ham TV для передачи на Землю видеосигнала через каналы радиолюбительской связи, которое будет установлено в европейском модуле Columbus и подключено к видеокамере МКС; 4 КА модели cubesat, которые будут выведены на орбиту через шлюзовую камеру модуля Kibo с помощью пускового устройства J-SSOD (JEM-Small Satellite Orbital Deployer); новая японская морозильная установка FROST (Freezer-Refrigerator of Stirling Cycle), обеспечивающая температуру хранения на уровне – 70ºC, и новая сумка-холодильник ICE Box (ISS Cryogenic Experiment storage Box) для хранения экспериментальных образцов.

После стыковки корабля HTV-4 с МКС платформа EP была извлечена из модуля ULC и перемещена на станцию с помощью робототехнического манипулятора, после чего запасные сменные узлы ORU (Orbital Replacement Units), а также оборудование для выполнения программы, STP-H4 (Space Test Program-Houston-4), предусматривающей проведение 8 экспериментов, были сняты с платформы для последующей установки на наружной стороне станции. По завершении программы полета, рассчитанной на 35 суток, грузовой корабль HTV-4 отстыковался от МКС и 7 сентября 2013 года в 06 ч 11 мин разрушился при входе в атмосферу.