东风4型内燃机车燃料是柴油，其采用常规柴油燃烧方式进行燃烧。其柴油被喷入燃烧室，与空气混合后被高压点火器点燃，燃烧后产生高温高压气体推动活塞运动，从而转动曲轴驱动机车行驶。柴油是一种石油产品，其燃烧效率高，能够为机车提供足够的动力，车内部分还需要使用机车柴油作为润滑油进行润滑。