地铁一号线设计是沿南北交通主轴，缓解南北方向的交通矛盾。这条线路符合城市总体规划要求，在中环线以内保持在地面以下，符合城市居民出行的主要客流方向。天津市居民原有的出行习惯是以和平区为中心，向外呈放射性发展。现在，在保留和平区辐射功能的同时，居民的出行规律以海河为界，海河以西居民的出行顺序依次为红桥、南开、和平、河西，海河以东的出行顺序为河北、河东、河西，而西北角至小白楼路段是天津市交通流量最大的地方，其中尤以南开区二纬路附近和南京路交通最为拥挤。据预测，地铁建成后，在这些路段的早7点高峰时段，地铁的最大输送能力将达到4.81万人次/h。
地铁一号线跨越北辰区、红桥区、南开区、和平区、河西区、津南区6大行政区，不仅能有效地改善沿线交通阻塞及中心地区交通拥挤的紧张状况，而且缩短了出行者花费在路上的时间。一号线全长约27公里，从刘园出发，沿辰昌路、丁字沽三号路中心线高架通过，过本溪路后入地下转向东南，穿越天骄公寓住宅区、洪湖里住宅区、造纸三厂、子牙河、石棉瓦厂，在铁路西站与既有线北端点相接，既有线过西站后沿大丰路、西马路、南开三马路、南京路至新华路东侧，再经大沽南路过围堤道、土城后转为高架线，通过大沽南路、微山路、珠江道，在财经学院东侧变为地面线进入终点双林站。
