Vatnasvið Fljótsdalsstöðvar er afar víðfeðmt, eða um 2.236 km2 og lón stöðvarinnar eru mynduð með fimm stíflugörðum sem eru yfir fimm kílómetrar að lengd. Vatnið er leitt að hverflum Fljótsdalsstöðvar frá lónum á hálendinu norðan Vatnajökuls um jarðgöng sem eru samanlagt rúmlega 72 km eða sem svarar til tæplega 12 Hvalfjarðarganga.
Kárahnjúkastífla, efst í Hafrahvammagljúfrum (Dimmugljúfrum), er hæsta grjótstífla í Evrópu með steyptri þéttikápu og meðal þeirra stærstu í heiminum af þessari gerð. Hún stíflar Jökulsá á Brú við Fremri Kárahnjúk og er langstærsta stíflan á svæðinu. Grjótið í stífluna var að mestu tekið úr námum innan lónsins skammt ofan við stífluna og lagt út í þjöppuðum lögum. Á byggingartíma var ánni veitt um hjáveitugöng undir stífluna á vesturbakkanum.
Austan við Kárahnjúkastíflu er minni stífla, Desjarárstífla, í drögum undir Fremri Kárahnjúki og í dalverpi að vestanverðu er Sauðárdalsstífla. Saman mynda þessar stíflur Hálslón sem er um 63 km2 að stærð og nær inn að Brúarjökli. Hálslón stækkaði frá 57 km2 við upphaf framkvæmda sem skýrist að mestu af hopun Brúarjökuls um 4,5 km frá árinu 2000. En mælingin er gerð við 80 cm yfirfall.
Hálslón fyllist síðsumars. Þá er vatni veitt um yfirfall við vestari enda Kárahnjúkastíflu niður að gljúfurbarminum og þaðan steypist það í 90–100 m háum fossi, Hverfanda, niður í Hafrahvammagljúfur. Það er til marks um gríðarlegt afl fossins að hann getur orðið vatnsmeiri en Dettifoss.
Austan Snæfells eru tvö lón, annars vegar Ufsarlón sem nýtir vatn úr Jökulsá í Fljótsdal og hins vegar Kelduárlón sem nýtir vatn úr Kelduá og Grjótá. Vatnið úr Hálslóni er leitt um jarðgöng austur um Fljótsdalsheiði þar sem það mætir vatni í öðrum jarðgöngum frá Ufsarlóni. Þaðan rennur vatnið í einum göngum norðaustur að inntaki efst í Valþjófsstaðafjalli. Aðrennslisgöngin liggja á um 100-200 m dýpi undir heiðinni. Frá inntakinu liggja tvenn fallgöng að stöðvarhúsi Fljótsdalsstöðvar sem er neðanjarðar um einn kílómetra inni í fjallinu.
