车辆方面，四号线列车采用了有日本技术的直线电机（直线电机由株洲时菱提供），其爬坡能力比使用传统旋转电机的车辆优胜。此外，该线为全中国首条使用直线电机的轮轨系统。
广州地铁四号线首抽列车由日本川崎重工公司与南车集团四方机车车辆股份有限公司合作制造。 车辆的车型为L型，采用四卡编组列车，四卡编组列车长约71米、宽2.8米，车体侧面为鼓形结构，最高运行速度为90公里/小时。车体结构采用大端面挤压铝型材全焊接结构，地板、车顶、侧墙、端墙采用隔热和隔音材料，每卡车卡每侧设置三套塞拉门。 列车以浅白色为主色调，车体两边各有一条鲜艳的玫瑰红饰带，列车的外玻璃窗宽阔通透，现代感十足。每卡车卡的两侧各有2个长座椅，2个短座椅，纵向靠墙布置，座椅表面采用压纹的不锈钢制成。车卡内墙面与天花板以月白色调为主，使列车内显得清爽优雅。
因四号线线路坡度达55‰（一、二号线均小于33‰），客观条件要求四号线列车必须要有超强的爬坡能力，而通用的旋转电机列车是无法胜任的。广州地铁大胆采用在国际地铁界已有成熟经验，但在我国还是一片空白的直线电机系统。直线电机传动是利用直线电机和轨道中间安装的感应板之间的电磁效应产生的推力作为列车的牵引力或电制动力，此牵引力或电制动力与轮轨间的粘着无关，因此列车的爬坡能力远大于采用旋转电机的车辆，成功解决了四号线的客观困难。广州地铁四号线的列车为全动车，爬坡能力可达到70‰以上。
另外，四号线车辆可通过受电弓或集电靴受电。其中车厂内以柔性接触网受电方式受电，提供了车辆段内检修人员的安全性；隧道内、高架线路区段采用第三轨下部受电方式，试车线可采用接触网或第三轨受电；高架线路区段以第三轨下部受电，保证了城市的景观不受破坏。 四号线的直线电机车辆由于重量轻，同时牵引及电制动的传递不需通过轮轨的粘着，使得传统电机机械牵引传动部件所产生的噪声没有了、轮轨产生的噪声和振动也大大减少，所以四号线车辆在运行过程中产生的噪声和振动远远低于旋转电机车辆，乘坐起来更加安静舒适。
四号线每抽车设有两台薄型车顶一体式空调机组及控制系统，保证为车内提供温度小于26℃、湿度为60%的舒适乘车环境。每卡车卡内设置四个LCD可视频显示单元。播放高质量的视频图像和对图解图像进行显示，每节车厢内的每对车门上方设置闪灯式车站地图报站装置，用于显示车辆运行方向、换乘信息及站名显示。每列列车上装备两台交流驱动的空气压缩机以及与之配套的空气供给系统。
此外，四号线列车具有全自动驾驶功能。列车控制可将车辆状态与故障自诊断信息通过车载的无线设备传输给位于车厂的检修中心，从而实现在线维修。列车常用制动平均减速度≥1.0m/s²，紧急制动平均减速度≥1.3m/s²。列车停放可以使承受超负荷的列车在60‰坡道上制停住；也可以使空车的列车在70‰坡道上制停住。
