變化
四階魔方總共有8個角塊，24個邊塊和24箇中心塊。
四階魔方其角塊的變幻狀態和二階魔方相同，所以總共有
種變化狀態。每種顏色的四個中心塊可以不區別位置，所以總共有
種變化狀態。
24個邊塊不能進行隨意換位，而每一組顏色相同的兩塊邊塊是有區別的，因為邊塊關係到兩個面的顏色。所以邊塊的變化總數總共有
種。
由於在空間變幻中狀態相同而顏色不同的狀態會被重複計算，所以真正的狀態數還應該除以24。
所以四階魔方的總狀態數為：
即7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000種變化。
術語
U：上層
MU：上數第二層
D：下層
MD：下數第二層
L：左側層
ML：左數第二層
R：右側層
MR：右數第二層
F：前層
MF：前數第二層
B：後層
MB：後數第二層
分類
四階魔方相對於三階來說就要複雜的多，它的構成分為兩類。
四階魔方作為競速運動來說第二種構成的四階魔方運動速度快，不易在高速轉動中卡住。官方版本大概邊長為6.7厘米，台灣東賢版本（第二類）為6厘米。 四階魔方被認為是2-5階魔方中最不好復原的，雖然5階魔方的變化種類比4階多，但是4階魔方的中心塊並不固定，也就不能用一般的方法進行復原。
外型結構
四階魔方總共有8個角塊，24個邊塊和24箇中心塊。其角塊的變幻狀態和二階魔方相同，所以總共有8!×3^7種變化狀態。每種顏色的四個中心塊可以不區別位置，所以總共有24!/(4!^6)種變化狀態。24個邊塊不能進行隨意換位，而每一組顏色相同的兩塊邊塊是有區別的，因為邊塊關係到兩個面的顏色。所以邊塊的變化總數總共有24!種。由於在空間變幻中狀態相同而顏色不同的狀態會被重複計算，所以真正的狀態數還應該除以24。所以四階魔方的總狀態數為7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000種變化。
機械結構
四階魔方相對於三階來說就要複雜的多，它的構成分為兩類，一類中心是一個球體，每個周邊的小塊連線著中心球的滑軌，在運動時候會沿著用力方向在滑軌上滑動。第二類是以軸為核心的四階魔方，這類魔方的構成非常複雜，除了中心球和周邊塊外還有很多附加件。
降階法
關於四階魔方的玩法，用的較多的方法是降階法。關於降階法，簡單解釋就是把高階魔方設法降解成低階魔方的模型，再利用低階魔方的解法來完成。目前魔方界對高階魔方的解法使用降階法的較多。
第一步
還原中心塊，共6面，每個面中心有4塊，6個面總計24塊。
第二步
合併每一條棱，共12條棱，每個棱由2塊組成，總計24塊。
第三步
完成6箇中心塊以及12個棱以後，此時4x4x4已經降階成3X3X3的型態，再按照3X3X3的方式復原就可以完成4x4x4。
第四步
特殊情況校正，當出現三階魔方不可能出現的情況，這就是四階魔方的特殊情況，要單獨翻轉一邊棱，或是只有兩個角不對或是只交換一對棱邊或者奇數次棱邊的情況，要用特殊公式。
層先法
四階模方的還原也可以用層先法。四階層先法是不斷的變換使用三階層先法的公式來進行還原的。詳細圖解和方法見百度文庫中的《層先法還原四階魔方》
第一步
四階魔方第二步
四階魔方2.1復原第二層的翼
公式2-1：URU’R’U’F’UF
公式2-1’：U’F’UFURU’R’
這個公式與三階的復原第二層棱塊公式完全一樣。如果目標塊不在頂層，那它一定在第三層，只要將目標塊轉到FR棱的第三層處，做公式2-1即可將其轉到頂層。
2.2 復原第二層的點
公式2-2：Ru’R’U’f’Uf
公式2-2’：Ru’R’U’f’Uf
這個公式與三階的復原第二層棱塊公式類似，不同之處是有一部分轉動了中間層。
如果目標塊不在頂層，那它一定在第三層，轉動第三層，只要將目標塊轉到F面近R面處，做公式2-2即可將目標塊轉到頂層（或轉動第三層，將目標塊放到R面近F面處，做公式2-2'）。
至此，下面兩層全部完成。
第三步
四階魔方3.1復原頂層角塊位置
公式3-1：R’ L U L’ U’ R U L U’ L’
公式3-1’：L R’ U’ R UL’ U’ R’ U R
若有兩個相鄰角塊位置正確。將正確的兩個角塊放在右手，做公式3-1。
有兩個不相鄰角塊位置正確。直接做公式3-1或公式3-1’，便可以得到第2種情況
這與三階魔方第六步一致。考慮到後續公式的一致性，這裡介紹一個新公式，其實這個公式完全可以替代三階換棱公式（R2 D2 R' U' R D2 R'U R'）。它的變換形式可以一直用到本方法最後一步。
3.2復原頂層角塊方向
公式3-2：R’ U’ R U’ R’ U2 R
公式3-2’：R U R’ U R U2 R’
這與三階魔方第五步頂面全部翻正的小魚公式完全一樣。從三階魔方考慮，是很容易理解的。
3.3復原三、四層的翼
公式3-3：R’ LuL’u’ R uLu’L’
公式3-3’：L R’u’Ru L’ u’R’uR
這個公式與3-1極為相似只有U大寫改為小寫。
由於有十二個翼需要替換，建議先復原頂層的八個。找第三層翼含有頂面顏色(黃色)的，將黃色面放在右側或左側，做公式3-3(在左側)或3-3'(在右側)。
頂層八個翼復原後，看第三層翼，這時第三層翼已經不含頂層顏色，我們找在同一面上兩個翼是否有相同的顏色。這有三種情況：
1．四個面的翼顏色都相同，說明第三層已經翼已經完成復原；
2．找到有一對翼在同一面顏色相同，將這對翼放在R面。做（公式3-3→ yU’→公式3-3）。就得到了第1種情況。
注意：這裡是把同面同色的翼放在右手，拆一個頂面翼；拆完之後，用同一公式去復原頂面翼，這樣就實現了第三層三個翼的鏇轉互換。
沒有找到在同
3.4復原三、四層的點
這時只剩下幾個點要對調了，用下面兩點和三點對換公式可以很輕鬆完成。
公式3-6：r U l' U' r' U l U'
公式3-6'：l' U' r U l U' r’ U
做該公式時注意目標塊必須放在R面和F面下半區域的對應位置。如果目標塊不在下方，轉動該面就可以了。做完公式再恢復回去即可。
三點輪換：
公式3-4：r’ L u L u' r u L u' L’
公式3-4’：l R' u’ R u l' u’ R' u R
公式3-5：r’ L d’ L d r d’ L d L’
公式3-5’：l R' d R d’ l' d R' d’ R
我的建議，如果你是初學者，能用兩點對換就不要用三點輪換；如果你已經是高手了，隨心所欲吧。
特殊情況
如有特殊的情況，可以藉助三階魔方PLL公式還原。
四階魔方世界紀錄
| 世界 | 單次 | 21.97s | Sebastian Weyer | 德國 | 2014年歐洲錦標賽 |
| 平均 | 26.03s | Sebastian Weyer | 德國 | 2014年歐洲錦標賽 | |
| 中國 | 單次 | 26.21s | 王旭明 | 中國 | 2015溫州公開賽 |
| 平均 | 33.35 | 尤永庭 | 中國 | 2014WCA合肥春季賽 |
