โครงการระบบรถไฟชานเมือง สายสีแดง เป็นโครงการที่ออกแบบเพื่อทดแทนระบบรถไฟชานเมืองเดิม และยังเป็นโครงการเสริมเพื่อยกระดับทางรถไฟปัจจุบันจากทางเดี่ยวเป็นทางคู่ ซึ่งเป็นการยกระดับทางรถไฟทั่วประเทศครั้งใหญ่ โดยอิงตามแผนแม่บทโครงการระบบรถไฟชานเมือง ทั้งสองเส้นทางมีแผนก่อสร้างส่วนต่อขยายเพิ่มเติมดังต่อไปนี้

สายสีแดงเข้ม

ส่วนต่อขยายด้านเหนือประกอบไปด้วยสองช่วง ดังนี้

• เส้นทางช่วงรังสิต–ธรรมศาสตร์รังสิต ระยะทางประมาณ 10.3 กิโลเมตร มีจำนวน 4 สถานี
• เส้นทางช่วงธรรมศาสตร์รังสิต-บ้านภาชี ระยะทางประมาณ 28 กิโลเมตร มีจำนวน 9 สถานี

ส่วนต่อขยายด้านใต้ประกอบไปด้วยสามช่วง ดังนี้

• เส้นทางช่วงบางซื่อ-หัวลำโพง (Missing Link) ระยะทางประมาณ 6.5 กิโลเมตร มีจำนวน 6 สถานี
• เส้นทางช่วงหัวลำโพง-มหาชัย ระยะทางประมาณ 36 กิโลเมตร มีจำนวน 17 สถานี
• เส้นทางช่วงมหาชัย-ปากท่อ ระยะทางประมาณ 56 กิโลเมตร มีจำนวน 17 สถานี

สายสีแดงอ่อน

ส่วนต่อขยายด้านตะวันตกประกอบไปด้วยสามช่วง สองเส้นทางแยก ดังนี้

• เส้นทางช่วงตลิ่งชัน–ศาลายา ระยะทางประมาณ 12 กิโลเมตร มีจำนวน 4 สถานี
• เส้นทางช่วงตลิ่งชัน–ศิริราช ระยะทางประมาณ 6.5 กิโลเมตร มีจำนวน 3 สถานี
• เส้นทางช่วงศาลายา–นครปฐม ระยะทางประมาณ 29 กิโลเมตร มีจำนวน 6 สถานี

ส่วนต่อขยายด้านตะวันออกประกอบไปด้วยสี่ช่วง สองเส้นทางแยก โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการรถไฟเชื่อม 3 ท่าเรือ และโครงการเพิ่มประสิทธิภาพและเพิ่มความจุทางรถไฟช่วง หัวหมาก - ฉะเชิงเทรา - ศรีราชา ดังนี้

• เส้นทางช่วงบางซื่อ-พญาไท (Missing Link) ระยะทางประมาณ 6.4 กิโลเมตร มีจำนวน 4 สถานี
• เส้นทางช่วงพญาไท-หัวหมาก ระยะทางประมาณ 13 กิโลเมตร มีจำนวน 4 สถานี
• เส้นทางช่วงพญาไท-แม่น้ำ ระยะทางประมาณ 6 กิโลเมตร มีจำนวน 3 สถานี
• เส้นทางช่วงหัวหมาก-ฉะเชิงเทรา ระยะทางประมาณ 40 กิโลเมตร มีจำนวน 10 สถานี