Mit einer Thorad-​SLV2G Agena-​D wurde am 08.04.1970 der meteorologische Satellit Nimbus 4 von der Vandenberg AFB gestartet. Planmäßig erreichte er seine polare 1.100-km-Kreisbahn, aus der er mit einer Reihe von Sensoren die meteorologischen Beobachtungen aufnahm. An Bord von Nimbus 4 (Nimbus-​D, A-​7) befanden sich insgesamt neun Experimente. Vier davon waren neu: zwei Strahlungsmeßgeräte, das Backscatter Ultraviolet Spectrometer (BUV) und das Selective Chopper Radiometer (SCR) ermöglichten die Gewinnung vertikaler Temperatur– und Wasserdampfprofile. Mit dem neuen Filter Wedge Spectrometer (FWS) wollte man vertikale Wasserdampf und Kohlendioxid-​Profile der Atmosphäre gewinnen. Das durch Wärmeabstrahlung gekühlte Instrument konnte jedoch nie in Betrieb genommen werden, weil sich an ihm eine Eisschicht aufgebaut hatte. Erfolgreich fortgeführt wurden hingegen bewährte Experimente von Nimbus 3: IDCS, IRIS, IRLS, MUSE, SIRS und THIR. So lieferte der Satellit Wetterbilder im sichtbaren, IR– und UV-​Bereich. Der Energieversorgung des Satelliten dienten die insgesamt 10.500 Solarzellen auf zwei Flächen und zwei SNAP-​19  Radioisotopengeneratoren. Nach dem 14.04.1971 beeinträchtigten Probleme mit dem Lageregelungssystem den weiteren Betrieb der Experimente. Dennoch wurden noch bis zum 30.09.1980 Daten von Nimbus 4 empfangen. Zum Erfolg des Satelliten hatten auch der Versatile Information Processor (VIP), ein für seine Zeit sehr leistungsfähiger Bordcomputer, und das moderne Attitude Control System (ACS) beigetragen. Beide Systeme prägten das Design nachfolgender Satelliten.
Als sekundäre Nutzlast gelangte bei diesem Start der geodätische Satellit TOPO des U.S. Army Topographic Command auf seine Bahn. Konstruktiv entsprach dieser den bereits in den 1960^er Jahren eingesetzten SECOR (Sequential Collation of Ranges) bzw. EGRS (Engineer Geodetic Research Satellite) Satelliten. Da das eigentliche Meßprogramm des SECOR Programms inzwischen abgeschlossen war, diente diese letzte Mission hauptsächlich der Gewinnung wissenschaftlicher und ingenieurtechnischer Daten. Es war die einzige, bei der der von ITT entwickelte, extrem frequenzstabile, Multi-​Altitude Transponder (MAT) erfolgreich erprobt werden konnte. Obwohl der TOPO Satellit nach der Trennung von der zweiten Raketenstufe zunächst stark taumelte, konnten ausgezeichnete Meßwerte gewonnen werden, sobald sich die Rotation nach einigen Tagen auf tolerierbare Werte verringert hatte. Zwischen Mai und Oktober 1970 fanden regelmäßige Messungen statt. Am 14.01.1972 endete das Programm jedoch endgültig, da kein Budget für eine Fortführung verfügbar war. Dabei war TOPO 1 eigentlich als Auftakt für eine neue Serie derartiger Satelliten konzipiert gewesen.