計畫及工程
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，將連線將來的北環線，使西鐵在新界北區與九廣鐵路公司的東鐵連線，最終使兩條鐵路均能通往兩個與中國大陸連線的關口（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線，待乘客的乘車模式定型後，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
落馬洲支線首班列車
九廣東鐵（港鐵東鐵線）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，大堂的新翼及連線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
列車駛離上水站後，會駛入穿過塱原濕地的地底隧道。這個計畫是經過一番激烈爭論後得到的成果。在計畫初期，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。但這個計畫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儘量回復原來面貌，但環保署長羅樂秉並不認同，並且拒絕發出環境許可證。
東鐵落馬洲支線頭等車廂九鐵公司不服，向環評抗訴委員會抗訴，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後等等，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
古洞站
古洞站預留月台結構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後，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，故九鐵公司在計畫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。
落馬洲站月台落馬洲站
落馬洲支線的總站──落馬洲站是一個4層，占地約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。乘客辦妥出境手續後，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捷運福田口岸站，換乘深圳捷運4號線前往深圳市其他地方。
車站
落馬洲支線開通儀式| 車站名稱 | 英文名稱 | 所在區域 | 車站接駁 |
| 落馬洲支線 | 落馬洲支線 | 落馬洲支線 | 落馬洲支線 |
| 上水站 | Sheung Shui | 北區 | |
| 古洞站 (已預留) | Kwu Tung | 北區 | |
| 洲頭站 | Chau Tau | 元朗區 | 北環線 |
| 落馬洲站 | Lok Ma Chau | 元朗區 | 深圳捷運4號線、北環線 |
