El perfil de la línia depèn de les valls per on transcorre la línia. Des de Barcelona Sants a Barcelona Sant Andreu Arenal la línia circula soterrada, a partir d'allà per la gorja de la cordillera litoral que hi ha entre Barcelona i Montcada passa juntament a diverses vies de comunicació, autopieste, carreteres i una altre línia de ferrocarril (R2). Ja abans d'arribar a la Torre del Baró ha guanyat altura per l'avinguda Meridiana i continuarà pujant fins arribar a les estribacions de la cordillera pre-litorial passant per les gorges de Montmany i els famosos Cingles de Bertí fins arribar al canvi de vessant de la vall del Congost a la vall del Ter a prop de Sant Miquel de Balenyà.

Des d'allà una suau baixada fins a Vic i Manlleu, on seguira el curs alt del riu Ter fins a Ripoll. Aquesta és una zona de meandres que fan fer a la línia uns girs inesperats per passar d'un marge a l'altre del riu. Mentre al Congost el tren circula pel marge dret del riu, a la vall del Ter sol fer-ho pel marge esquerre.

A partir de Ripoll a línia de Sant Joan seguia el curs del Ter fins a Sant Joan de les Abadeses i posteriorment la riera de la Malatosca fins el carregador de Toralles (línia tancada). A partir de Ripoll, pel marge dret del riu Freser, i desprès de travessar un túnel urbà, la línia del Transpirinenc segueix escalant fins a Ribes de Freser. En aquesta vall el ferrocarril va franquejant el riu en diverses ocasions per canviar de riba, però circulant habitualment per l'esquerre.

A partir de Ribes de Freser es produeixen les rampes més dures de la línia quan pren la vall del riu Rigard on circula pel marge dret del riu.

Quan la línia arriba a Toses, mitjançant el túnel del mateix nom canvia de vessant a la del riu Alp, pel qual descendeix des de La Molina, però mentre el riu ho fa molt ràpid, el tren ho fa amb més suvitat separant-se a la alçada d'Alp per anar cap a Caixans, on travessa el riu Segre, a partir de llavors torna de nou la pujada i va paral·lela al riu fins a Puigcerdà.

En Puigcerdà pren el marge dret del riu Aravó (català) o Carol (francès) fins arribar a Latour de Carol - Enveitg, arribant al final del transpirinenc espanyol.