P4實驗室結構和設施、安全操作規程、安全設備適用于對人體具有高度的危險性，通過氣溶膠途徑傳播或傳播途徑不明，目前尚無有效的疫苗或治療方法的致病微生物及其毒素。與上述情況類似的不明微生物接觸，也必須在P4實驗室中進行。待有充分數據后再決定此種微生物或毒素應在P4實驗室還是在較低級別的實驗室中處理。正因為如此，有人把P4實驗室叫做“魔鬼實驗室”，這個實驗室中裝有特殊的空調系統，進入這里的空氣溫度與濕度都是預先設定好的，小型噴霧干燥機過濾程度達到99.999％，能保障空氣在整個環境中一小時循環多次。實驗室采用定向負壓系統，其核心區的壓強達到負40帕，這樣實驗室空氣的流動，只能是通過過濾器從外面進來，而保證實驗室內的空氣不向外流動。
P4實驗室的設計不盡相同，典型的P4實驗室由更衣區、過濾區、緩沖區、消毒區、核心區組成。在實驗室的四周裝有空氣過濾器。到達實驗室的核心區，總共有10道門，zui里面的7道門是互鎖的，也就是說，如果一道門沒有關好，另一道門肯定打不開，這樣避免空氣的流通。更衣區依次為外更衣室、淋浴室和內更衣室。消毒區為化學淋浴室，工作人員離開主實驗室時首先經過化學淋浴消毒正壓防護服表面。小型噴霧干燥機核心區任何相鄰的門之間都有自動連鎖裝置，防止兩個相鄰的門被同時打開。對于不能從更衣室攜帶進出主實驗室的材料、物品和器材，應在主實驗室墻上設置具有雙門結構的高壓滅菌鍋、浸泡消毒槽、熏蒸室或帶有消毒裝置的通風傳遞窗，以便進行傳遞或消毒。核心區里配有生物安全柜、超低溫冰箱、離心機、電熱細胞培養柜、顯微鏡和實驗臺、小型動物實驗室等。生物安全柜頂上有一個直徑0.5米左右的粗管子，直接通到房頂，它也是負壓狀態的，一些主要的操作都需要在生物安全柜中進行。從P4實驗室拿出的相關的物品必須通過高壓滅菌鍋消毒后，再用潔凈袋充分包裝，小型噴霧干燥機然后通過傳遞窗傳到準備間。離開P4時，核心區的工作人員要相互間把全身從上到下消毒一遍才能走到緩沖間，在緩沖間除去外層防護服、口罩、外層手套，然后將這些放入滅菌容器或消毒袋內。關閉實驗室門之后，再取下防護眼鏡，將其放入傳遞窗進行消毒。然后，工作人員經過另外一個緩沖間，退到準備間。在這里他們才可以取下身上所有的防護器具，立即在沐浴室洗澡后，才可離開實驗室。