落馬洲支線

落馬洲支線原屬九廣鐵路公司的西鐵（現稱港鐵西鐵線）第二期的鐵路，將連接將 來的北環線，使西鐵在新界北區與九廣鐵路公司的東鐵連接，最終使兩條鐵路均能通往兩個與中國大陸連接的關口（羅湖和落馬洲）。不過由於西鐵實際客量比預期的為低，作為一間商業機構，九鐵公司決定改為先以長期有盈餘的東鐵連接，待乘客的乘車模式定型后，再另行決定興建北環線與否。支線工程於2002年第四季開始，工程主要包括4大項目：隧道段、高架橋段、落馬洲站，以及為現時上水站進行的改善工程。

上水站

工程包括上水站的車站大堂及月台的擴闊工程，以應付於上水站下車，換乘前往落馬洲站列車的客量。有關工程於2006年大致完成，大堂的新翼及連接往鄰近商場的行人天橋已於1月尾開放與公眾使用。此外上水站外的路軌亦已重新編排，以便列車使用原有 路軌往羅湖或使用支線往落馬洲。

塱原濕地

列車駛離上水站后，會駛入穿過塱原濕地的地底隧道。這個計劃是經過一番激烈爭論后得到的成果。在計劃初期，九鐵原先建議落馬洲支線塱原段，會以像西鐵穿過八鄉等地的高架天橋形式，穿越塱原濕地。但這個計劃遭到各環保團體強烈反對，指興建高架橋時將會嚴重破壞塱原濕地的生境及地貌。即使九鐵公司提議工程完工後會盡量回復原來面貌，但環保署長羅樂秉並不認同，並且拒絕發出環境許可證。

九鐵公司不服，向環評上訴委員會上訴，但最終被駁回。最後九鐵公司採納科大教授方案，改以地底隧道形式穿過塱原濕地。雖然這個方案會使引致支線的興建成本上升、回報率下降及完工日 期押后等等，不過此方案獲大多數人所接受及支持，認為是平衡生態與基建需要的可持續發展方案

雖然支線沿途暫時將不設有車站，不過當列車駛過塱原濕地后，將會經過一個預留的地底車站－古洞站。此站的建設，是因應香港特區政府於2003年公布的研究，指出古洞北及粉嶺北共689公頃的土地適合作新發展區。由於古洞很有可能成為一個新市鎮，故九鐵公司在計劃及興建落馬洲支線時，都會預留位置給將來興建古洞站之用。

洲頭站（暫時未興建）

根據最新建議，北環線會於與落馬洲支線匯合的洲頭一帶，興建洲頭站，而落馬洲支線在北環線興建時亦會興建車站，方便北環線乘客轉乘東鐵（現稱港鐵東鐵線）前往新界東。

落馬洲站

落馬洲支線的總站──落馬洲站是一個4層，佔地約9公頃的車站大樓。大堂里設有購物區、免稅店等方便乘客。由於車站大樓同時為香港入境事務處的出入境檢查之用，所以大樓內設有海關、出入境及其他重要的過境設施。乘客辦妥出境手續后，會經由一條橫跨深圳河，單臂斜拉式天橋步行至深圳的福田口岸聯檢大樓。乘客亦可於同時設於該聯檢大樓內的深圳地鐵福田口岸站，換乘深圳地鐵4號線前往深圳市其他地方。