中国水资源地区分布不均，与土地、矿产及气候等其他自然资源的分布不相适应。长江流域以北地区自然资源丰富，耕地面积占全国总耕地的63%,水资源仅占全国的19%,其中黄河、淮河、海河及西北内陆河流域都是水资源短缺地区;南方水多,长江流域及其以南地区的水资源量占全国总量的81%。长江流域年水资源总量9600亿立方米，在充分考虑本流域用水量增长后，仍有相当数量的余水可供北调。这是中国南水北调工程规划的基本依据。

20世纪50年代，黄河水利委员会和长江流域规划办公室开始在流域规划中研究这项工程规划。之后，各有关单位也做了大量的综合考察、科学研究和一些调水线路规划。至1962年已初步选择了东线、中线和西线三条主要调水线路。1973年由水利电力部重新组织研究工作，重点解决70年代以来日益严重的华北水资源危机，同时配合国土规划开展南水北调的全面研究。1976年完成《南水北调近期工程规划报告（初稿）》。此后又作了大量工作。目前，三项调水工程的规划工作和南水北调总体规划工作都已取得一定进展。

从江苏省扬州市附近的长江干流北岸三江营引水，利用扩建的京杭运河（扬州至天津段）及与其平行的部分河道为总干渠向北输水，结合航道工程建13个抽水梯级，联通洪泽湖、骆马湖、南四湖与东平湖，在山东省东阿县的位山附近开凿河底隧洞穿过黄河,再沿京杭运河北段到天津（图1），主干线长1150km，其中黄河以南及穿黄河工程段长690km。从长江到东平湖高差42m，13级水泵站扬程共约66m,从东平湖到天津可自流输水。工程的远景规模将达到抽引长江水1000立方米/秒以上，送水到天津200立方米/秒以上。第一期工程在江苏省江水北调工程的基础上,将抽引长江水的能力由400立方米/秒(见江都排灌站)扩大到600立方米/秒，同时扩大自流引长江水的能力,扩建输水干渠和增设抽水枢纽，送水到东平湖。第二期工程适当扩大调水规模并将输水工程向北延伸到天津。以后再根据发展要求进一步扩大。这项工程主要为黄淮海平原东部地区补水，江苏、安徽、山东、河北及天津等五省市的部分地区均可直接受益。工程全部完成后，除可为受益区城市和工矿区供水并发展、改善农田灌溉6000余万亩外,还将有扩大京杭运河通航能力,增加沿线低洼地区除涝能力和防治土壤盐碱化以及改善环境等综合效益。东线工程可调水量丰富，可充分利用沿线的河道、湖泊和已建工程，输水主干渠和分干渠需新开挖的长度只占总长度的12%，且便于综合利用和分期施工，但抽水耗能使调水成本增加。

分为初期引汉、最终引汉和引江三个建设阶段。引汉水源在汉江上的丹江口水利枢纽。该枢纽水库集水面积95200平方公里,占汉江流域总面积60%,多年平均入库水量有379亿立方米。枢纽第二期工程初步计划坝顶高程为175m，正常蓄水位为170m,总库容330亿立方米、电站装机90万kW。1974年水库已按初期规模建到坝顶高程162m，总库容208.9亿立方米。目前水库任务除防洪外,主要是发电。初期引汉，计划按丹江口水利枢纽现有调节能力，并将其任务改为以供水为主,年引水量估计可达100亿立方米。但需增建电站，弥补因引水而减少的水力发电效益，并在汉江中下游实施航道渠化工程；同时开挖江汉运河从长江干流引水补给汉江下游，弥补因水库下泄流量减少对汉江下游灌溉与航运的影响。引汉总干渠从已建成的陶岔引水闸起，渠首引水能力500立方米/秒,基本上在伏牛山和太行山山前平原上开挖，跨越汉江的唐白河水系、淮河上游水系、黄河以及海河流域的漳卫河、子牙河、大清河与永定河等水系的169条大小河流(未包括集水面积小于10平方公里的小河)，自流到北京市，全长1236km。最终引汉，按丹江口水利枢纽完成后的调节能力考虑，年最大引汉水量230亿立方米,总干渠渠首引水能力扩大到1200立方米/秒，送水到北京120立方米/秒。此工程补水范围主要是黄淮海平原西部，河南、河北及北京市的部分地区均可直接受益。两期工程完成后,除为沿线城市和工矿区供水外,可发展和改善农田灌溉7000余万亩，并为开辟一条新的南北运河创造条件。引汉工程的特点是全线自流输水，沿线多为土基且地势开阔，但穿越河流时需注意河道泄洪安全，并需解决好地质问题和冰冻期安全输水等问题。引江阶段计划待将来汉江水量不能满足北方发展需要后，再从长江中游干流引水增加北调水量。

设想在长江上游的通天河、雅砻江或大渡河上游支流建坝引水，并开凿隧洞穿过分水岭巴颜喀拉山送水到黄河上游(图2)。经过初步查勘和估算,上述三条河的多年平均最大可能引水量分别为通天河100亿立方米、雅砻江50亿立方米、大渡河50亿立方米，其可调水量有待落实工程条件并考虑调水对长江上游的影响后进一步研究。西线工程的主要作用是给黄河上游补水。按黄河沿河各省（自治区）发展要求，年缺水达200～300亿立方米。南水北调西线工程实现后，将大大增加黄河中上游以至西北内陆河流域部分地区的水源。

东线、中线和西线三项调水工程各有其合理的供水范围，不能相互替代。根据各地缺水情况以及工程实施条件的不同，中国已决定首先建设东线的第一期工程。