Jabarkan Desain teknis dan permainan dari Grand Theft Auto IV

Rockstar Advanced Game Engine (RAGE) digunakan untuk game ini. Garbut menemukan bahwa desain teknis Grand Theft Auto IV mirip dengan Grand Theft Auto III, dengan kedua game tersebut merupakan game pertama dalam seri ini yang dirilis pada platform masing-masing. Dia mengklaim bahwa mesin game yang dapat dioperasikan tidak diselesaikan hingga akhir pengembangan, di mana pada saat itu "masih ada banyak dugaan" hingga pengoptimalan menjelang rilis. Penampilan fisik karakter direkam dengan menggunakan tangkapan gerakan. Hingga delapan aktor dapat tampil di panggung motion capture pada satu waktu, masing-masing mengenakan setelan lengkap. Kamera yang digunakan untuk menangkap performa juga menyertakan teleprompter bagi para aktor untuk membacakan naskah mereka. Lebih dari seratus gerakan akan ditangkap dalam setiap hari produksinya. Produk akhir diambil dari penampilan yang berbeda oleh aktor yang berbeda untuk membuatnya tampak mulus dan sesuai. Pekerjaan suara oleh seorang aktor bisa dikomposisikan pada penampilan fisik aktor yang berbeda untuk mendapatkan hasil yang spesifik. Animasi dalam gim dibuat dengan cara yang sama, menggunakan kombinasi performa penangkapan gerakan yang berbeda.

Untuk permainan dan animasi, tim mengerjakan ulang banyak hal dari game sebelumnya, karena ingin Grand Theft Auto IV "terasa seperti generasi berikutnya". Elemen permainan peran (role-playing) dari San Andreas telah dihapus pada awal pengembangan, sebagian karena adanya pekerjaan animasi yang harus dilakukan, dan karena secara konsisten harus mengunjungi gym terasa berlawanan dengan motivasi Niko. Sistem penargetan dalam game ini merupakan salah satu fokus pertama pengembangan karena teknologi yang canggih; tim ingin game ini terasa realistis tanpa terlalu teknis. Sistem perlindungan merupakan "tambahan alami" untuk penargetan. Benzies menggambarkan multipemain sebagai bagian tersulit dalam pengembangan game ini. Tim ingin agar multipemain terasa seperti perpanjangan dari pengalaman pemain tunggal sinematik. Dan Houser menggambarkannya sebagai "bagian dari sebuah film, bukan keseluruhan narasi". Pengembang mempertimbangkan untuk menambahkan multiplayer kooperatif ke dalam kampanye cerita utama, akan tetapi memutuskan bahwa permainan ini bekerja lebih baik sebagai pengalaman pemain tunggal.

Ketika Sam Houser pertama kali menunjukkan ketertarikannya untuk menggunakan perangkat lunak Euphoria dalam game, ia diberitahu bahwa hal itu tidak mungkin dilakukan atau hanya sebatas cutscene, tetapi beberapa anggota tim dapat membuatnya bekerja. Para pengembang dari NaturalMotion bekerja di lokasi di Rockstar North selama beberapa bulan untuk memasukkan perangkat lunak Euphoria ke dalam game. Rockstar juga bekerja sama dengan Image Metrics untuk animasi wajah dalam game. Rig wajah memiliki sekitar 100 sendi, dengan total 300 menit animasi wajah. Skala proyek ini menyebabkan beberapa masalah bagi para animator, memaksa mereka untuk menyelesaikan rig sebelum animasi dimulai. Mereka juga menghadapi kesulitan pada arah kepala sang aktor-entah menghadap ke atas saat melihat teleprompter, atau ke bawah saat melihat naskah. Kepala produksi Image Metrics, David Barton mencatat bahwa "memiliki mata yang realistis adalah 90 persen dari pertempuran", karena hal ini memungkinkan pemain untuk mempercayai karakternya. Kamera kepala digunakan ketika merekam untuk menangkap gerakan wajah. SpeedTree digunakan untuk rendering lingkungan dalam game.