Mk 4 Mod 0是在越南衝突中為海軍海豹特種部隊生產的M16A1改型，於1970年4月服役。它和基本的M16A1主要的區別在於Mk 4 Mod 0是為海軍陸戰隊使用而最佳化設計的，具有消聲器。該槍的大部分部件被Kal-Guard（潤滑油）覆蓋，槍托和緩衝器管上有一個1/4英寸的孔用來排水，以及緩衝器元件末端的一個O形環。這個武器可以放在水下200碼（60米）而不會有任何損傷。最初的Mk 2 Mod 0消風器是基於美國陸軍人體工程學實驗室（HEL）的M4消噪器。HEL M4將氣體從槍機直接排出，但需要一個改進的機框。一個氣體偏轉器被加裝到拉機柄上面，來防止氣體接觸到使用者。因此，HEL M4被永久的安裝，即使它可以允許半自動或全自動射擊。如果HEL M4消聲器被移除，該槍可能需要在每次單發射擊後手動裝彈。另一方面Mk 2 Mod 0消風器也被認為是Mk 4 Mod 0步槍整體的一部分，但是它卻可以在HEL M4被移除後繼續工作。Mk 2 Mod 0消風器也可以非常快的排出水，而不需要對拉機柄或者機框進行任何修改。在1970年代後期，Mk 2 Mod 0消風器被奈特武器公司(KAC)的Mk2消風器代替。KAV消風器能夠完全浸入水中，而在拿出水面的8秒鐘內完全排幹水分。即使在M16A1全速射擊的時候，它也不會降低工作效能。美國陸軍將HEL M4換成了簡化很多的SIONICS公司的MAW-A1消聲滅焰器。
M4主要有M4/M4A1。
M16自動步槍主要改型
柯爾特的型號：601和602
柯爾特在獲取了阿瑪萊特的步槍之後生產的頭兩個型號是601和602。這兩種槍在很多方面都是原來阿瑪萊特步槍的複製品（實際上，人們經常發現它們只是貼牌的阿瑪萊特AR-15)。601型和602型很容易透過它們的彈匣座側面為平板狀，而沒有常見的彈匣釋放鈕防止誤操作的“圍欄”，以及某些時候它們的槍身綠色或者棕色油漆，來識別。601是美國空軍採用的第一種步槍，但是後來很快就被XM16/M16（柯爾特604型)給取代了，因為後者有很多改良。602型也被購買了一定數量。大量的這兩種型號的步槍在東南亞許多特別行動單位中被使用，最著名的就是英國陸軍SAS特種部隊。601型和602型的唯一區別就是從原本14分之1英寸的膛線纏距改為了更常見的12分之1英寸的纏距。
M16
這個變種“XM16”正式地被美國空軍所採用，正式命名為“5.56mm口徑M16步槍”。這是第一種被美國軍方正式採用的M16。這種改型具有三角形的護木，三瓣式消焰器，但沒有復進助推器。機框本來是鍍鉻的，機框側面被磨光，也沒有裝配復進助推器的槽口。後來，鍍鉻的機框被放棄了，因為陸軍配發了裝配復進助推器（槍機輔助閉鎖裝置）槽口以及磷化處理過的機框的試驗型。空軍繼續使用這些武器，以及當部件磨損時進行翻新更換磨損部件。
XM16E1和M16A1
陸軍的原型版本，XM16E1，和M16本質上是一樣的，除了增加了復進助推器之外。M16A1是第一種最終化生產型。為了解決在XM16E1測試中暴露出來的問題，一種“鳥籠”消焰器取代了XM16E1的三瓣式消焰器。後者太容易讓外來的物體進入，例如被樹葉和細樹枝卡住。當在戰場上發現了許多問題之後，這些問題都作了相應的改動。清潔工具被研製及配發。內室鍍鉻的槍膛以及後來全鍍鉻的槍膛被使用，大量的因為汙物和鏽跡導致的故障逐漸減少。問題在6個月內就解決了，以至於後來的部隊已經對這些早期故障不甚熟悉了。
M16A2
M16A2所作的改動更加多。除了新的膛線之外，護木前的槍管被加粗，增加槍管的抗彎曲效能，減緩了連續射擊時的過熱，提高單發精度。覘孔直徑改為5mm，一個新的可調節照門也被加上，可以使得照門因不同的射程，從300到800米調節，以及可以調整風偏，這可以充分利用新的SS109彈藥的彈道特性。消焰器再一次被修改，這一次是將消焰器底部兩個向下的開孔封閉，使其在俯臥射擊時不會揚起灰塵或者雪花。護木截面從原本的三角形形狀改成了有散熱肋條可以起防滑作用的圓形，使其更適合小手掌的抓握。新的護木由原來的左右兩半式也變成了上下兩半對稱型的，從而使得庫存的備件不必單獨區分左護木和右護木。後槍托被設計得更長和更結實，據說比原先的設計結實10倍，因為其改進的塑膠材料和設計。更重的彈頭具有減少的初速，從早期型號的3,200碼每秒(975米每秒)到A2的大概2,900碼每秒(875米每秒)。一個特別的彈殼偏向裝置被裝在上機匣內朝向拋殼口的後方來防止退出的彈殼打到左撇子的使用者。
槍機也被重新設計，將原本的全自動模式改成了3發點射模式。訓練不足的部隊在使用全自動武器的時候，掌握不到控制連發射擊的技巧，經常按下扳機不放，而造成散射。美國陸軍得出結論：3發點射能夠在節省彈藥，準確度和火力密度之間提供一個最好的平衡。但是，在M16A2的點射機構有設計缺陷：扳機元件在扳機被釋放之後不會自動復位。舉例來說，當一個士兵在點射時第二發和第三發之間就已經鬆開了扳機，那麼下一次他再扣動扳機的時候只能射出一發子彈。即使在半自動模式中，扳機元件的機制也會影響武器的使用。每一發子彈被射出之後，扳機元件都會在點射模式的3級之間位置不同。在這些級數之間每一次扣動扳機力度都不太一樣，會影響精確度，雖然對於大多數射手來說都不明顯。
總的來說，M16A2的新特性給原本的M16增加了重量和複雜度，而且取消了全自動模式。當新的型號被認為更精確的時候，更重的子彈也帶來了更彎曲的彈道曲線，從而使得距離估量的準確性要求更加高。輿論也指出覘孔的設計不理想，小覘孔不容易找準星，而大覘孔又降低了瞄準的準確性。更糟糕的是，照門的形狀不是被造在同一平面上。或者說，當照門因不同的射程調整的時候，彈著點將會發生改變。照門的距離調整功能在戰鬥中很少被使用，因為士兵通常都會將它調到最低距離，也就是300米。但不管這些輿論的批評，不論是為了滿足北約標準化的SS109(M855)還是為了替換軍械庫中越戰時代的武器，這種新的武器還是需要裝備的。
M16A3
M16A3是M16A2的全自動改型，於M16A2剛問世的時候被採購，數量不多，主要用於美國海軍的海豹特種部隊。它具有Safe-Semi-Auto(S-1-F)快慢機，就像M16A1一樣。
關於M16A3的特性至今仍有一些混淆的地方。它經常被描述成M16A4的全自動版本。M16A3的正式描述說它使用了M16A4的皮卡汀尼導軌，因此上述說法不對。這種誤解最有可能來自於民用槍支製造商給予的A2和A3代號，用來區分具有固定可拆卸攜帶提把的A2和具有皮卡汀尼導軌的版本。
M16A4
M16A4，現在作為前線美國陸軍和美國海軍陸戰隊的標準裝備，它是將槍械與火控系統分別進行模組化來設計的。取消了之前的固定可拆卸攜帶提把以及金屬照門的組合，而是以MIL-STD-1913皮卡汀尼導軌取代之。這使得槍支可以同時裝備可拆卸攜帶提把或者其他大部分軍用和民用的瞄準具或者目視裝置。所有美國海軍陸戰隊的M16A4都裝配了奈特武器公司的M5 RAS護木，可以附加垂直握把，鐳射瞄準具，通用戰術燈或者其他附件。在美國陸軍戰地手冊裡，使用了RAS的M16A4通常被稱為M16A4 MWS或模組化武器系統。這個型號沿用了M16A2的三發點射模式。
M16特殊改型
柯爾特655和656型“狙擊手”改型
隨著東南亞的衝突不斷增加，柯爾特公司研製了兩個M16的改型，作為狙擊手或精確射手步槍。柯爾特655型高輪廓M16A1本質上是標準的A1步槍，但是配備了重型槍管以及可拆卸攜帶提把上安裝的瞄準鏡。柯爾特656型低輪廓M16A1具有一個特別的上機匣，沒有可拆卸攜帶提把。但是它有一個可調風偏的機械瞄準具以及韋佛式瞄準具基座。後者是柯爾特和皮卡汀尼導軌導軌的先驅。除了重的槍管之外，它還具有一個有護圈的的金屬準星。兩種步槍都成為了標準，使用萊瑟伍德或者Realist的3-9倍可調距離望遠鏡式（ART）瞄準鏡。有一些還使用了Sionics消聲器和消焰器。不過這兩種步槍都沒有成為標準化制式裝備。
這些武器都可以看成美國陸軍的“美國陸軍班用精確射手步槍”（SDM-R）或者海軍陸戰隊的“美國海軍陸戰隊班用先進射手步槍”（SAM-R）的始祖。
XM177, M4卡賓槍, 以及柯爾特733型
雖然1990年代才服役，M4也只是美國部隊裡使用的短槍管AR-15長產品線的一部分。然而M4本身只是M16A2的一個版本; 圖中前面的是M4，後面的是M16A2，由兩個海軍陸戰隊員在實彈射擊練習中持握在越南，有些士兵被配發M16的卡賓槍版本，稱為XM177。XM177具有較短的槍管(~260毫米)以及一個伸縮式槍托，使得它能更加小型化。它還具有一個火藥燃氣通過幾級膨脹室減緩膨脹速度從而降低槍口激波的消聲/消焰器組合，可減少槍口火焰及噪聲帶來的問題。美國空軍的GAU-5/A(XM177)改型以及美國陸軍的XM177E1改型區別在於之後採用的復進助推器。最終的空軍GAU-5A/A和陸軍XM177E2具有長度290毫米槍管，以及更長的消聲/消焰器。槍管加長是為了能夠支援柯爾特的XM14840毫米榴彈發射器元件，也可以改善彈道效能。這些版本也叫做柯爾特Commando型，以CAR-15的名字稱呼及採購。這些改型只少量提供給特種部隊，直升機機組，空軍飛行員，士官，無線電操縱員，炮兵，以及其他部隊，而不是前線士兵。由於槍管短，沒有充分燃燒的火藥顆粒很快就會堵塞消聲/消焰器，會降低消聲效果；另外消聲/消焰器會影響準確性；最令人困擾的是在M16步槍上由於發射藥引起的射速過快的問題在XM177E2上變得更嚴重。最後停止了對XM177E2的進一步改進，生產合同都被取消了。唯一正式採用XM177的是美國空軍。
M4卡賓槍是從這些設計派生研究出來的，包括一部分14.5英寸槍管的A1型別卡賓槍(柯爾特型號653)。1980年代開始採用M16A2和新的M855/M856彈時，這些A1型別卡賓槍開始被採用新膛線的卡賓槍取代。XM4(柯爾特型號720)在80年代中期開始測試，採用14.5英寸(368毫米)槍管。在1994年正式服役以取代M3"注油槍"(以及貝瑞特M9和某些部隊的M16A2)。在巴爾幹半島，2000年反恐戰爭，以及伊拉克戰爭中，它獲得了巨大的成功。
柯爾特也回到了它原先的“Commando”構思，也就有了733型，本質上是現代化的XM177E2以及結合許多M16A2的特點。採290mm槍管。由於槍管極短，又採用了標準的M16A2的式消焰器，因此膛口噪聲和槍口焰的問題非常嚴重，這是柯爾特Commando屢遭批評的地方。
Mk 4 Mod 0
Mk 4 Mod 0是在越南衝突中為海軍海豹特種部隊生產的M16A1改型，於1970年4月服役。它和基本的M16A1主要的區別在於Mk 4 Mod 0是為海軍陸戰隊使用而最佳化設計的，具有消聲器。該槍的大部分部件被Kal-Guard（潤滑油）覆蓋，槍托和緩衝器管上有一個1/4英寸的孔用來排水，以及緩衝器元件末端的一個O形環。這個武器可以放在水下200碼（60米）而不會有任何損傷。最初的Mk 2 Mod 0消風器是基於美國陸軍人體工程學實驗室（HEL）的M4消噪器。HEL M4將氣體從槍機直接排出，但需要一個改進的機框。一個氣體偏轉器被加裝到拉機柄上面，來防止氣體接觸到使用者。因此，HEL M4被永久的安裝，即使它可以允許半自動或全自動射擊。如果HEL M4消聲器被移除，該槍可能需要在每次單發射擊後手動裝彈。另一方面Mk 2 Mod 0消風器也被認為是Mk 4 Mod 0步槍整體的一部分，但是它卻可以在HEL M4被移除後繼續工作。Mk 2 Mod 0消風器也可以非常快的排出水，而不需要對拉機柄或者機框進行任何修改。在1970年代後期，Mk 2 Mod 0消風器被奈特武器公司(KAC)的Mk2消風器代替。KAV消風器能夠完全浸入水中，而在拿出水面的8秒鐘內完全排幹水分。即使在M16A1全速射擊的時候，它也不會降低工作效能。美國陸軍將HEL M4換成了簡化很多的SIONICS公司的MAW-A1消聲滅焰器。