Magistrala ma prowadzić z Rosji po dnie Morza Czarnego, przez strefę ekonomiczną Turcji, do Bułgarii, gdzie powinna się podzielić na dwie nitki: północną - do Austrii i Słowenii przez Serbię i Węgry oraz południową - do Włoch przez Grecję. Planowana jest również budowa odnogi do Chorwacji, udziałem w projekcie zainteresowana jest też Rumunia.

Koszty inwestycji mogą przekroczyć 15 mld EUR. Magistrala gazowa o długości 2200 km będzie się składać z czterech nitek o przepustowości po około 15 mld metrów sześciennych. Jak się ocenia, pełne zdolności transportowe South Stream powinien osiągnąć w 2018.