Theo đề xuất trong tương lai tuyến này sẽ nối ga sân bay Nội Bài với các ga Hà Đông và Ngọc Hồi. Đây là tuyến đường đôi, khổ 1,435m, dài 47km, gồm 8 ga, tốc độ chạy tàu bình quân 60km mỗi giờ, có phần đi nổi và ngầm. Giai đoạn đầu sẽ khai thác đoàn tàu gồm 4 toa, chuyên chở 180 hành khách mỗi toa. Thời gian hoạt động từ 6h sáng đến 24h đêm.
Hiện Tổng Công ty Đường sắt đã nhất trí với phương án đề xuất sử dụng công nghệ Shinkansen (Nhật Bản), nhưng cũng đề nghị đoạn sân bay Nội Bài nên đặt ngầm dưới đất và bố trí chạy cả tàu khách lẫn tàu hàng để tuyến Văn Điển - Bắc Hồng không bị gián đoạn...