Thunder Force IV est un shoot'em up classique ; le joueur dirige un vaisseau qui affronte seul des hordes d'ennemis. Il est possible de changer de type d'arme – il y en a 7 au total : Twin Shot, Back Shot, Snake, Free Way, Hunter, Blade et Rail Gun – ou la vitesse de déplacement du vaisseau.
Le jeu compte 10 niveaux ; le joueur peut choisir l'ordre dans lequel il effectue les quatre premiers, les autres étant « fixes ». Outre la présence simultanée de très nombreux sprites et la beauté des graphismes, les nombreux scrollings différentiels simultanés, atteignant sur certains niveaux quatre écrans de haut, ont fait de Thunder Force IV une prouesse...