供水范围是黄淮海平原东部和胶东地区，分为黄河以南、胶东地区和黄河以北三片。主要供水目标是解决调水线路沿线和胶东地区的城市及工业用水，改善淮北地区的农业供水条件，并在北方需要时，提供生态和农业用水。
长江是东线工程的主要水源，质好量丰，多年平均入海水量达9000多亿立方米，特枯年6000多亿立方米，为东线工程提供了优越的水源条件。淮河和沂沭泗水系也是东线工程的水源之一。规划2010年和2030年水平年多年平均来水量分别为278.6亿立方米和254.5亿立方米。
东线工程利用江苏省江水北调工程，扩大规模，向北延伸。规划从江苏省扬州附近的长江干流引水，利用京杭大运河以及与其平行的河道输水，连通高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，并作为调蓄水库，经泵站逐级提水进入东平湖后，分水两路，一路向北穿黄河后自流到天津；另一路向东经新辟的胶东地区输水干线接引黄济青渠道，向胶东地区供水。从长江至东平湖设13个梯级抽水站，总扬程65米。
东线工程从长江引水，有三江营和高港2个引水口门，三江营是主要引水口门。高港在冬春季节长江低潮位时，承担经三阳河向宝应站加力补水任务。从长江至洪泽湖，由三江营抽引江水，分运东和运西两线，分别利用里运河、三阳河、苏北灌溉总渠和淮河入江水道送水。洪泽湖至骆马湖，采用中运河和徐洪河双线输水。新开成子新河和利用二河从洪泽湖引水送入中运河。骆马湖至南四湖，有三条输水线：中运河～韩庄运河、中运河～不牢河和房亭河。南四湖内除利用湖西输水外，须在部分湖段开挖深槽，并在二级坝建泵站抽水入上级湖。南四湖以北至东平湖，利用梁济运河输水至邓楼，建泵站抽水入东平湖新湖区，沿柳长河输水送至八里湾，再由泵站抽水入东平湖老湖区。穿黄位置选在解山和位山之间，包括南岸输水渠、穿黄枢纽和北岸出口穿位山引黄渠三部分。穿黄隧洞设计流量200立方米/秒，需在黄河河底以下70米打通一条直径9.3米的倒虹隧洞。江水过黄河后，接小运河至临清，立交穿过卫运河，经临吴渠在吴桥城北入南运河送水到九宣闸，再由马厂减河送水到天津北大港。
从长江到天津北大港水库输水主干线长约1156公里，其中黄河以南646公里，穿黄段17公里，黄河以北493公里。胶东地区输水干线工程西起东平湖，东至威海市米山水库，全长701公里。自西向东可分为西、中、东三段，西段即西水东调工程；中段利用引黄济青渠段；东段为引黄济青渠道以东至威海市米山水库。东线工程规划只包括兴建西段工程，即东平湖至引黄济青段240公里河道，建成后与山东省胶东地区应急调水工程衔接，可替代部分引黄水量。
山东省德州市武城县境内的六五河节制闸是南水北调东线一期北延工程的起点。 
