การศึกษาโครงการ มีระยะเวลา 720 วัน (กันยายน 2552 – กันยายน 2554) โดยแบ่งเป็น

ระยะที่ 1 การศึกษาประเมินสิ่งแวดล้อมระดับยุทธศาสตร์ (SEA) เป็นการศึกษาและนำเสนอข้อมูลรายละเอียดของการพัฒนาโครงการด้านแหล่งน้ำตามทางเลือกต่างๆ เพื่อประกอบการตัดสินใจในระดับนโยบาย เมื่อได้ข้อยุติของการตัดสินใจในระดับนโยบายแล้ว ก็จะศึกษาเพิ่มเติมในรายละเอียดขององค์ประกอบตามทางเลือกและกรณีศึกษาต่างๆ เพื่อให้ผู้ได้รับผลประโยชน์และผลกระทบจากการพัฒนาโครงการ ได้ร่วมกันตัดสินใจเลือกแนวทางในการพัฒนาโครงการต่อไป ซึ่งผลการศึกษาจะแสดงแผนหลักของการพัฒนาแหล่งน้ำ โดยการใช้น้ำภายในประเทศจนเต็มศักยภาพ คัดเลือกแนวผันน้ำโขง พื้นที่ศักยภาพชลประทานโดยแรงโน้มถ่วงและระบบสูบน้ำชลประทานที่มีความเหมาะสมมากที่สุด รวมทั้งการส่งน้ำจากคลองส่งน้ำผ่านแม่น้ำมูล แม่น้ำชี และลำน้ำสาขา ไปช่วยพื้นที่โครงการโขง-ชี-มูล ระยะที่ 1 และสูบน้ำไปช่วยพื้นที่แห้งแล้งพิเศษบริเวณลุ่มน้ำมูลตอนบน ลุ่มน้ำชีตอนบน พื้นที่อพยพจากอ่างเก็บน้ำเขื่อนอุบลรัตน์ และจังหวัดหนองบัวลำภู ดำเนินงานประชาสัมพันธ์และการมีส่วนร่วมของประชาชน การศึกษาทางเลือก SEA นี้ มีระยะเวลาการศึกษา 240 วัน

ระยะที่ 2 แนวผันน้ำโขง พื้นที่ศักยภาพชลประทานโดยแรงโน้มถ่วงและระบบสูบน้ำชลประทานที่ได้คัดเลือกจากการศึกษาในขั้น SEA จะนำมาศึกษาความเหมาะสมเพื่อศึกษาในรายละเอียดขององค์ประกอบต่างๆ ของโครงการ ศึกษาผลกระทบสิ่งแวดล้อม (EIA) ศึกษาผลกระทบด้านสุขภาพ (HIA) และศึกษาผลกระทบด้านสังคม (SIA) ซึ่งผลการศึกษาจะแสดงรายละเอียด รูปแบบและวิธีการผันน้ำจากแม่น้ำโขง วิธีการส่งน้ำชลประทานที่เหมาะสมทั้งระบบแรงโน้มถ่วงและระบบกระจายน้ำอื่นๆ ระบบเก็บกักน้ำเพื่อรองรับปริมาณน้ำผันจากแม่น้ำโขง แผนการพัฒนาโครงการและแผนการลงทุน รูปแบบองค์การบริหารจัดการน้ำที่เหมาะสมในระดับต่างๆ การศึกษาในขั้น FS  EIA  HIA  และ SIA มีระยะเวลาการศึกษา 480  วัน