RQ-4本身实际上只是一个载具，作战能力都来自于携带的模块化任务载荷，因此它的机头、机腹黄金位置都留给了载荷舱。低阻设计的机头呈鲸首状拱起，内部是X波段高带宽数据链的抛物面卫星通信天线，可以最高50 Mbit/s的速率向地面控制中心传输实时侦察数据。卫通天线布置在这个位置，即使通信卫星刚刚从地平线上露头都可以实现可靠的信号连接。
> 2008年1月4日，爱德华兹空军基地内正在维护的一架Block 30，机头罩拆下后可以看到直立的卫通天线
机头下部安装有光电/红外转塔，机腹凸起的设备舱用于搭载对地扫描的雷达系统。当无人机在地面站视线范围内时，侦察图像可以通过下行公共数据链路直接传输给地面站。
RQ-4采用开放的系统结构，能够“即插即用”各种增强型载荷。最初的Block 20只具备图像情报侦察能力，但有3架Block 20被改装为EQ-4B中继通信构型，取消了侦察设备，携带战场空中通信节点（BACN）载荷。
> EQ-4B在机背、机腹和机翼下加装了很多通信天线
Block 30则是多情报任务平台，搭载了雷锡昂公司研制的整合传感器套件，包括高精度光学/红外成像设备、高分辨率合成孔径雷达以及高/低频电子信号传感器，各分系统可同时操作，既可以提供大面积区域扫描图像，又具备高精度点目标模式。三种传感器的信号均通过独立的信道传输给地面，再由控制中心重新处理拼合为战场复合图像。Block 30于2011年8月实现初始作战能力。
> 2018年3月6日，一架Block 30最新改型，也是首架配备MS-177型多光谱远程相机的“全球鹰”飞抵贝尔空军基地。MS-177来自E-8C“联合星”，配有新设计的万向转台，比Block 30原有的SYERS-2系统视野增大了20%。Block 30和Block 20外观的差别非常小，就是机腹底下多了6具钩型天线。
Block 40配备了AN/ZPY-2 MP-RTIP有源电子扫描阵列雷达，同时具备移动目标指示和固定目标探测能力。广域移动目标探测模式覆盖半径100公里；合成孔径-移动目标探测复合模式可以提供6.1米精度，幅宽37公里的条状图像；合成孔径点状模式则在9.8平方公里范围内具有高达1.8米的精度。Block 40在2015年实现初始作战能力。
> Block 40的特征是机腹的方形AN/ZPY-2有源相控阵雷达外罩
为增强生存能力，RQ-4配备了雷锡昂公司研制的AN/ALR-89自卫套件，包括AN/AVR-3激光告警接收机、AN/APR-49雷达告警接收机、电子干扰机和一具ALE-50拖曳式诱饵。
目前美国空军装备了21架Block 30和11架Block 40，支持每个区域司令部以及伊拉克和阿富汗的作战行动，全天候、长时间提供战略级广域战场监测、侦察能力，将逐步取代日益老旧的U-2机队。
