Η χάραξη της γραμμής είναι νότια- πεδινή και ακολουθεί σε αρκετά τμήματα την αντίστοιχη της Εγνατίας Οδού. Η γραμμή θα ξεκινάει από τον οικισμό της Νέας Φιλαδέλφειας στο Ωραιόκαστρο και θα καταλήγει στο εμπορικό λιμάνι της Καβάλας. Συνολικά προβλέπεται οι δημιουργία οκτώ νέων σιδηροδρομικών σταθμών: Καβαλαρίου, Λαγκαδικίων, Νέας Μαδύτου, Βρασνών, Αμφίπολης, Ποδοχωρίου, Αυλής και Αμυγδαλεώνα. Επίσης, προβλέπονται δύο στάσεις σε Δρυμό και Λουτρά Βόλβης. Το έργο, που αποτελεί τμήμα του πακέτου των έξι μεγάλων έργων ύψους 4 δισ. ευρώ της ΕΡΓΟΣΕ, περιλαμβάνει εξειδικευμένα τεχνικά έργα μεταξύ των οποίων:
- 23 σήραγγες μήκους 22 χλμ.
- 30 σιδηροδρομικές σήραγγες 8,77 χλμ.
- 71 ανισόπεδες διαβάσεις.
Η νέα χάραξη αναμένεται να αυξήσει τη χωρητικότητα του δικτύου συνολικά και να οδηγήσει σε σημαντική ανάπτυξη του λιμένα Καβάλας, ενώ θα οδηγήσει σε αναβάθμιση της σύνδεσης με την Τουρκία, τη Βουλγαρία και γενικότερα τα ανατολικά Βαλκάνια
Παράλληλα, θα διασφαλίσει τη διασύνδεση του λιμένα Πειραιά και των αστικών κέντρων της χώρας με το αεροδρόμιο Σπάτων, τις υπόλοιπες πόλεις της Κεντρικής και Βόρειας Ελλάδας καθώς και με το λιμάνι της Πάτρας μέσω της επικείμενης ένταξης της γραμμής Αθήνας – Πάτρας στο βασικό δίκτυο ΔΕΔ-Μ της Ευρωπαϊκής Ενωσης.
Το σημείο-κλειδί που θα καταστήσει το έργο έτοιμο προς δημοπράτηση είναι οι απαλλοτριώσεις, καθώς πρόκειται για νέα χάραξη 205 χιλιομέτρων, η οποία συνεπάγεται χιλιάδες απαλλοτριώσεις ακινήτων. Πέραν των 30 σιδηροδρομικών γεφυρών το έργο περιλαμβάνει μία οδική γέφυρα μήκους 35 μέτρων, 9 σήραγγες διαφυγής συνολικού μήκους 5,678 χλμ. και 494 νέους αγωγούς (σωληνωτοί και κιβωτοειδούς διατομής).
Η χάραξη του τμήματος Καβάλα- Τοξότες Ξάνθης προβλέπει νέα σιδηροδρομική μονή γραμμή μήκους 31,8 χλμ. όπου οι συρμοί θα μπορούν να αναπτύσσουν ταχύτητες 160 χλμ./ώρα. Ελαφρώς περιορισμένες ταχύτητες προβλέπονται για τις συνδέσεις του εμπορικού λιμένα Καβάλας, της ΒΙΠΕ Καβάλας και της Βιομηχανίας Φωσφορικών Λιπασμάτων με την κύρια γραμμή. Σε όλο το μήκος του έργου η διασταύρωση της σιδηροδρομικής γραμμής με το υφιστάμενο οδικό δίκτυο θα γίνεται με ανισόπεδες διαβάσεις.