El 80% de del trazado de la variante discurre en túnel, es decir, 40 kilómetros. Entre ellos, destaca el túnel de Pajares, de 25 km de longitud, que es el séptimo túnel ferroviario más largo de Europa, dotado de los más avanzados equipamientos de protección y seguridad: dispone de 58 salidas de emergencia presurizadas, una cada 400 metros, a través de galerías que conectan los túneles entre sí (uno de ellos permite la evacuación en caso de incidencia en el otro), además de dos galerías de comunicación al exterior: la de Buiza (6 km) para incidencias y emergencias y la de Folledo (3 km), destinada a mantenimiento. El trazado está integrado también por diez viaductos (1,8 km), de los que cuatro son dobles. Se ha construido un viaducto para cada una de las dos vías de la línea: Huerna (42 m), San Blas (129 m), Sotiello (135 m) y Teso (365 m). Además, cuenta con el único viaducto triple (tres vías, una en cada viaducto) de toda la red ferroviaria española: Campomanes (118 m).