根据广州市规划局2013年公布的《广州南沙新区城市总体规划(2011-2030)》，未来南沙区将配备一张密度堪比老城区的轨道交通线网，在轨道交通方面，南沙将建成4条国家铁路、4条城际轨道、5条城市地铁线路组成的轨道网络系统。
南沙是目前广州十二个区内唯一拥有内部地铁环线的行政区，这一点连天河越秀等中心城区都做不到。另外两条线路分别是南沙西线和南沙南线，其中南线联通南沙城区和龙穴岛，西线联通主城区和大岗、榄核。
尽管上述轨道交通方案描绘的未来非常美好，但南都记者了解到，这些线路目前除了市地铁公司对18号线开始做前期勘测和线位比选之外，其他的线路都还停留在纸面上，没有实质性进展。上述政府人士也表示，方案中部分涉及到的轨道交通方案依然在论证阶段，尤其是涉及到一些跨城市跨区域的线路，有些都没有立项，更惶论建成通车的日期。他举例说，例如规划中的广中珠澳轻轨仅仅是由中山市和中铁四院共同提出的一个意向，虽然广中珠三地发改、交通等部门负责人认为它具有非常重要的战略意义，“但这些线路要根据未来南沙十年、二十年的发展，有条件地逐步推进。”
按照规划， 南沙自贸区未来十年区域人口将从目前的72万激增到200万甚至300万，新增大量的就业人口。这其中将有大量的商务人群有航空出行的需求，而目前白云机场和南沙一个在广州最北，一个在广州最南，两者之间的直线距离超过100公里，在两地没有配备直通高铁的前提下，交通至少耗时2个小时，时间成本过于昂贵。为了解决机场的问题，目前广州市政府有两个办法，一是在南沙规划广州第二机场，另一个方法则是就近联通20公里之外一海之隔的深圳机场。