《玩具總動員4》與首集相距24年，其間隨製作技術水平大幅提升，團隊針對動畫細節也更加講究，皮克斯全球技術總監Bill Reeves指出：「動畫師在第4集耗費的時間，超過首集的10倍以上！」片中的角色、場景，甚至一晃而過的道具，皆耗費數小時至數星期時間創作，加總所有的細部修改、調整，製作期更是長達2年。
即便是觀眾熟悉的經典角色，設計上也添加更多細微之處，例如：Woody的服裝增加更多纖維、織布材質。著色設計師（Shading Artist）也運用軟體，讓這些舊玩具增添輕微刮痕、磨損，表現出他們經歲月留下的痕跡。Bill Reeves表示：「這些細節都非常微小，與其說看得見，不如說是感受到這些細節。」
寶貝Bo Peep光榮回歸：獨立女性形象翻新設計
本集Bo Peep已成為遺棄玩具，具有「新獨立女性」形象，因此團隊根據原設計草圖、運用新軟體，大幅改版其造型，例如：藍色連身裝為原裙裝下的燈籠褲，紫色斗篷則是襯裙的背面，原先的鈕扣和髮際，也分別繫在斗篷上。
而Bo Peep精彩的動作演出，則是參考自《追殺比爾》主角、《星際大戰》的Rey等「女打仔」的武打姿態。由於Bo Peep設定為瓷器玩具，除設計裂紋（Craze）等磨損痕跡外，該角色懸掛於繩索、傢俱的動作，更模仿平衡木女體操員的靈巧姿勢。動畫師Becki Tower說：「她明白自己是瓷器，所以她懂得更聰明地支撐自己。」
全新角色登場：Gabby Gabby、Duke Caboom、Forky
本集搶眼的新角色，製作團隊不容馬虎。Gabby Gabby仿造1950年代的古董玩偶Chatty Cathy，團隊拆解真實玩具實體研究，設計出金屬髮質、輕微上下翻動的眼皮。針對其亦正亦邪的性格，團隊更在眼球上「動手腳」，著色設計師 Alex Marino 說：「仔細觀察會發現她的虹膜，比其他角色更有『稜角』。」
而備受矚目的Duke Caboom，設定為加拿大籍的特技演員，不僅交由該國動畫師製作，也讓同樣來自加拿大的演員基努李維（Keanu Reeves）配音。動畫師Benjamin Su表示，人物花俏的動作，除參考瑜珈姿勢之外：「我還會看很多基努李維的視訊會議影像，參考他一些古怪的頭部動作！」
至於「從餐具變玩具」的Forky，製作概念上則相對從簡，動畫師Claudio De Oliveira參考披薩店的叉匙，並邀請其3歲的女兒共同設計，加入Googly Eyes等元素。他也提到眼睛的設計，部分緣由為替Forky配音的演員Tony Hale，有雙大而靈活的眼珠。
