Il monitoraggio dello stato ante operam è stato eseguito dal 2001 al 2007. Attualmente sono attivi il monitoraggio in corso d’opera per i cantieri del Passante e della nuova stazione alta velocità e il monitoraggio post operam per lo scavalco, ormai terminato. 

Il monitoraggio ambientale del Passante ferroviario di Firenze è previsto in modo continuo in ogni fase di vita dell’opera: 

1. ante operam (prima che inizino i lavori) per individuare la miglior soluzione progettuale e fornire i “valori 
zero”, cioè i valori ambientali esistenti prima della realizzazione dell’opera; 

2. in corso d’opera (durante le fasi di cantiere) per verificare la correttezza delle previsioni e l’efficacia dei 
sistemi di riduzione d’impatto predisposti, ma anche per rilevare tempestivamente emergenze ambientali 
impreviste e intervenire con adeguati provvedimenti; 
3. post operam (dopo la realizzazione dell’opera, nelle condizioni di normale uso, per 6 mesi per Passante 
e stazione e per 5 anni limitatamente alla componente idrogeologica della stazione) per registrare eventuali emergenze ambientali impreviste e intervenire tempestivamente con adeguati provvedimenti. 

Il monitoraggio delle componenti ambientali viene svolto direttamente dal gruppo Ferrovie dello Stato italiane e, in particolare, da Italferr Spa su incarico di RFI - Rete ferroviaria italiana Spa. Le misurazioni sono eseguite da società specializzate incaricate da Italferr, le quali devono essere dotate di un sistema di qualità certificato produrre “attestazioni di conformità” per assicurare che le modalità con le quali vengono effettuati i rilievi rispettino le indicazioni dell’Osservatorio ambientale e tutte le disposizioni normative. I dati raccolti sono validati da quest’ultimo.

Non esistono rischi di ordine igienico-sanitario. Il progetto ha infatti preso in esame le criticità e indicato le mitigazioni necessarie; il monitoraggio ambientale, approvato e supervisionato dall’Osservatorio ambientale, garantisce il rispetto delle previsioni progettuali consentendo interventi tempestivi ed adeguati in caso di superamento dei limiti normativi.

I geologi dell’Università di Firenze e liberi professionisti incaricati nel 1999 da TAV attraverso Italferr hanno sviluppato i seguenti punti: 

• misura delle portata dei pozzi (cioè della quantità d’acqua che può essere estratta dal pozzo) in una fascia di circa 2 km a cavallo del tracciato, al fine di ottenere i cosiddetti “parametri idrodinamici degli acquiferi” cioè le grandezze che permettono di costruire un modello di come l’acqua si muove nel terreno: a che profondità si può trovare nelle varie stagioni dell’anno, con che velocità si sposta e lungo quali percorsi, quali potrebbero essere gli effetti sul livello dell’acqua nel terreno se si sbarrasse il movimento in particolari zone; 
• misure ripetute nel tempo per ricostruire la “superficie freatica” - cioè la profondità dal piano campagna del livello dell’acqua - nei vari momenti dell’anno a seguito dei periodi piovosi invernali e primaverili o della stagione più asciutta estiva; 
• elaborazione di una “Carta del rischio di inquinamento della falda” basata sullo studio di dove è più facile che la falda sia raggiunta da possibili elementi inquinanti sversati in superficie, perché meno protetta da strati impermeabili superficiali, e sul censimento delle possibili fonti di inquinamento.

Nella fase di posa in opera dei muri perimetrali (diaframmi) della nuova stazione, che entrano in profondità per circa 40 metri rispetto al livello stradale, viene utilizzata bentonite. Si tratta di un tipo di argilla naturale, pertanto non inquinante, che miscelata ad acqua assume la consistenza di gel e permette di contenere le pareti di terra dello scavo prima del getto del cemento del diaframma, evitando il rischio di frane; a sua volta il cemento è realizzato con malte che non presentano alcun rischio di inquinamento per le acque sotterranee poiché sono chimicamente e biologicamente sterili.
Data l’elevata vulnerabilità della falda, sono comunque adottate precauzioni contro lo sversamento accidentale dei materiali usati durante le lavorazioni; è infatti prevista una manutenzione dei macchinari più frequente di quella prescritta dalle case costruttrici e i rifornimenti di olio e carburante vengono effettuati in apposite piazzole impermeabilizzate rispetto al terreno. 

Il livello della falda viene monitorato con un totale di 57 piezometri (pozzi di piccolo diametro che permettono di misurare il livello dell’acqua nel sottosuolo) distribuiti lungo il tracciato del Passante; è comunque prevista la possibilità di aumentarne il numero, in funzione delle richieste dell’Osservatorio ambientale o delle fasi dei cantieri.
Durante la fase di scavo delle gallerie la periodicità dei rilievi sarà in relazione alla distanza del piezometro dal fronte di avanzamento e varierà da una misurazione al giorno (fascia compresa tra ± 100 metri dal fronte di avanzamento) a due volte a settimana (± 250 m) o quindicinale (oltre i 250 metri).
Il monitoraggio dei parametri chimici sarà mensile per i punti posti in una fascia compresa tra ± 250 m dal fronte di avanzamento e trimestrale per tutti gli altri.

Il monitoraggio della qualità dell’aria viene effettuato attraverso 5 centraline fisse poste sui cantieri, con misure in continuo, e 4 centraline fisse poste sulla viabilità in uscita dai cantieri stessi, con misure della  durata di 25 giorni consecutivi ogni 3 mesi. Il numero e la posizione delle centraline potrebbe variare in funzione delle richieste dell’Osservatorio ambientale o delle fasi dei cantieri.
Tra i parametri rilevati vi sono, oltre ai dati meteo, quelli relativi alle polveri e alle polveri sottili, nonché alle sostanze legate alla combustione dei motori dei macchinari utilizzati nei cantieri: PM10, PTS, C6H6, NOx, SO2, metalli nelle pts (polveri totali sospese). 

Durante l’esecuzione delle attività di cantiere più rumorose sono eseguite dapprima misure di collaudo e poi misure di controllo dopo 1, 3 e 6 mesi; successivamente le misure vengono ripetute ogni 6 mesi.
Per il rilievo del livello di rumore prodotto dai lavori vi sono 5 postazioni per il cantiere della nuova stazione alta velocità e 4 postazioni per il cantiere di Campo di Marte.