南水北調總體規劃推薦東線、中線和西線三條調水線路。通過三條調水線路與長江、黃河、淮河和海河四大江河的聯系，構成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實現我國水資源南北調配、東西互濟的合理配置格局。 東線工程：利用江蘇省已有的江水北調工程，逐步擴大調水規模并延長輸水線路。東線工程從長江下游揚州抽引長江水，利用京杭大運河及與其平行的河道逐級提水北送，并連接起調蓄作用的洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖。出東平湖后分兩路輸水：一路向北，在位山附近經隧洞穿過黃河；另一路向東，通過膠東地區輸水干線經濟南輸水到煙臺、威海。
中線工程：從加壩擴容后的丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿唐白河流域西側過長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口后，經黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西孤柏嘴處穿過黃河，繼續沿京廣鐵路西側北上，可基本自流到北京、天津。
西線工程：在長江上游通天河、支流雅礱江和大渡河上游筑壩建庫，開鑿穿過長江與黃河的分水嶺巴顏喀拉山的輸水隧洞，調長江水入黃河上游。西線工程的供水目標主要是解決涉及青、甘、寧、內蒙古、陜、晉等6省（自治區）黃河上中游地區和渭河關中平原的缺水問題。結合興建黃河干流上的骨干水利樞紐工程，還可以向鄰近黃河流域的甘肅河西走廊地區供水，必要時也可相機向黃河下游補水。
規劃的東線、中線和西線到2050年調水總規模為448億立方米，其中東線148億立方米，中線130億立方米，西線170億立方米。整個工程將根據實際情況分期實施。
關于南水北調工程對長江口生態環境的影響，長江口鹽水入侵問題是因潮汐活動所致的、長期存在的自然現象，也受到人類活動的影響，與長江入海水量關系較大，多發生于12月至翌年4月長江的枯水期。包括上海市在內的長江三角洲，是中國重要的經濟發達地區，長江又是上海市和沿江兩岸主要的供水水源。因此，要高度重視長江口的鹽水入侵問題。從三條調水線路的情況分析，西線、中線工程由于三峽工程、洞庭湖、鄱陽湖等一系列水庫和湖泊的調節作用，對長江口基本沒有影響，會產生一定影響的主要是相對距長江口較近的南水北調東線工程。由于東線第一期工程調水規模僅增加抽引長江水100 m3/s，年調水量僅占長江最枯月流量的1.3% 和長江多年平均入海水量的0.4%，對長江口鹽水入侵基本無影響。當2030年抽江規模達到800 m3/s時，調水量占長江多年平均入海水量的1.6%，影響也不大。規劃提出當長江大通水文站流量小于10,000m3/s時，采取“避讓”措施，減少抽江水量。由于東線工程沿線有湖泊調蓄，不會對城市供水產生影響。采取“避讓”措施后，可基本消除調水對長江口鹽水入侵的可能影響。另外，長江三峽工程已投入運行，可使1～4月大通站流量增加1,000～2,000m3/s，在較大程度上緩解枯水期沿江抽水對長江口的影響。長江入海水量是影響長江口鹽水入侵的重要因素之一。目前大通站以下長江沿岸有數百個引水口和抽水站，引水流量超過3,000 m3/s，需要加強水資源的統一管理。今后要通過對各取水口引水量的有效控制和三峽下泄量的合理調度，減輕或避免沿江取水對長江口鹽水入侵的影響。
