南水北调工程分为东、中、西三条线路，水源分别为江苏省、湖北省和陕西省。东线工程的源头是长江下游扬州的长江水，中线工程的源头是头丹江口水库，西线工程的源头是长江上游的通天河、雅砻江、大渡河。
一、东线工程
利用江苏省现有引水工程，逐步扩大引水规模，延长输水线路。东线工程从长江下游的扬州引水，利用京杭大运河及其并行的河流分步向北输水，连接洪泽湖、罗马湖、南四湖、东平湖，起到调蓄作用。离开东平湖后，水通过两种方式输送:南行，通过山治附近的隧道穿过黄河；另一路向东，通过胶东输水干线经济南向烟台、威海输水。东线最早开工，有现成的渡槽。
二、中线工程
调水从丹江口大坝加高后扩大的汉江丹江口水库，经陶岔运河第一闸(河南省淅川县九个重镇)，沿豫西南唐白河流域西侧，经长江流域与淮河流域分水岭防城关，经黄淮海平原西缘，在郑州以西古柏嘴处跨黄河，再沿京广铁路西侧北上，基本可自流至终点北京。中线工程主要向河南、河北、天津、北京沿线的20多个城市供水。中线工程于2003年12月30日开工。计划2013年底前完成主体工程，2014年汛期后全线通水。
第三，西线工程
在包括通天河、雅砻江和大渡河在内的长江上游修建了大坝和水库，并在长江和黄河的分水岭巴颜喀拉开凿了输水隧道，将长江水引入黄河上游。西线工程供水目标主要是解决青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等6个省(自治区)黄河中上游和渭河关中平原缺水问题。结合黄河干流骨干水利工程建设，还可以向毗邻黄河流域的甘肃河西走廊供水，必要时及时向黄河下游补水。至今未开工建设。
