Cụ thể, phương án tổ chức cho các loại xe lưu thông qua hầm Thủ Thiêm như sau: xe ô tô con và xe khách 24/24, xe mô tô và gắn máy 6h - 21h. Các loại ô tô vận tải có tải trọng từ 2,5 tấn hoặc tổng tải trọng 5 tấn trở xuống từ 8h - 16h chiều và 20h - 6h sáng, ô tô tải trọng trên 2,5 tấn hoặc tổng tải trọng trên 5 tấn (xe tải nặng) từ 21h - 6 sáng.

Các đối tượng không được phép qua hầm bao gồm người đi bộ, phương tiện thô sơ, xe 3 - 4  bánh tự chế, xe bánh xích, xe vận chuyển súc vật không đảm bảo vệ  sinh môi trường, xe chuyển hàng độc hại, chất dễ cháy, chất nổ, hàng nguy hiểm. Hạn chế qua hầm Thủ Thiêm đối với xe ô tô tổng tải trọng ≥ 30 tấn, chiều cao trên 4,2m và ngang hơn 2,5m. Tốc độ tối thiểu cho phép là 30km/h và tối đa 60 km/h.

Theo thiết kế, vấn đề an toàn trong hầm Thủ Thiêm được bảo đảm bằng các hệ thống kỹ thuật bên trong hầm như hệ thống thông gió, bơm nước, cấp nước, hút ẩm, chiếu sáng, thông tin liên lạc báo động, chống cháy nổ và những bộ phận tự động đo độ ồn, độ ẩm, khói bụi.

Trường hợp tiếng ồn, độ ẩm quá mức cho phép, các bộ phận này sẽ báo động và tự điều chỉnh bằng cách hút ẩm ra bên ngoài hoặc báo lại trung tâm điều khiển ở cửa hầm, dự kiến xây dựng ở phía Thủ Thiêm. Trung tâm điều khiển được trang bị hệ thống camera theo dõi lưu thông và điều khiển tất cả các hệ thống bên trong hầm để xử lý kịp thời các tình huống. Mặt khác, hai bên hông hầm còn có hai đường thoát hiểm. Khi có sự cố, các cửa vào đường thoát hiểm sẽ mở ra cho các phương tiện tiếp tục lưu thông hoặc quay ngược trở lại. Một hệ thống cung cấp điện cũng được dự phòng cho trường hợp cúp điện.

Cùng với hầm Thủ Thiêm, toàn bộ Đại lộ Đông Tây với tổng chiều dài 21,8km (trong đó hầm Thủ Thiêm dài 1,5km) đi qua 8 quận, huyện của TP.HCM gồm: quận 1, 2, 4, 5, 6, 8, Bình Tân và huyện Bình Chánh cũng chính thức đi vào hoạt động. Hầm Thủ Thiêm vượt sông Sài Gòn là hạng mục quan trọng nhất của dự án. Hiện nay, trên thế giới có khoảng 30 hầm dìm như Thủ Thiêm, phổ biến ở Nhật Bản, Hồng Kông, Thượng Hải, Australia, Mỹ, Anh... Riêng khu vực Đông Nam Á, Việt Nam là nước đầu tiên xây dựng hầm loại này.