Với nhu cầu đang tăng lên, kênh đào vẫn là một đặc trưng đáng kể trong hàng hải thế giới trong tương lai có thể thấy trước. Tuy nhiên, các thay đổi trong các kiểu mẫu tàu thuyền; cụ thể là sự gia tăng của tàu hậu Panamax; sẽ dẫn tới sự cần thiết phải thay đổi kênh đào nếu nó vẫn muốn duy trì một thị phần đáng kể. Người ta tiên đoán rằng vào năm 2011, 37% lượng tàu côngtenơ của thế giới là quá to đối với kênh đào này như ở tình trạng hiện nay, và vì thế thất bại trong việc mở rộng kênh đào có thể làm mất đi một thị phần đáng kể. Khả năng chuyên chở tối đa mà kênh đào hiện tại có thể gánh vác được, với tính toán tới các công việc hoàn thiện tương đối nhỏ, được ước tính là khoảng 330 tới 340 triệu tấn PC/UMS một năm; người ta cũng dự đoán rằng khả năng chuyên chở này có thể đạt tới vào khoảng thời kỳ 2009-2012. Gần 50% tàu thuyền quá cảnh qua kênh đào đã sử dụng hết chiều rộng toàn phần của các âu thuyền[29].

Một kế hoạch mở rộng tương tự như kế hoạch âu thuyền thứ ba năm 1939, để cho phép một lượng quá cảnh lớn hơn và khả năng tiếp nhận các tàu lớn hơn, đã được nghiên cứu xem xét một thời gian[30]. Ngày 4 tháng 4 năm 2006, BBC thông báo rằng kế hoạch mở rộng này đã được chính quyền Panama thông qua[31]. Đề nghị mở rộng kênh đào này đã được phê chuẩn tại cuộc trưng cầu dân ý với khoảng 80% người đồng ý vào ngày 22 tháng 10 năm 2006[32].

Dự án tổ hợp âu thuyền thứ ba

Kế hoạch hiện tại là cho hai âu thuyền bậc thang mới: một ở phía đông của âu thuyền Gatún đang hoạt động và một ở phía tây nam của âu thuyền Miraflores, mỗi âu thuyền sẽ được hỗ trợ bằng các kênh dẫn vào. Mỗi bậc thang sẽ nâng từ mực nước biển trực tiếp lên mức nước của hồ Gatún; các âu thuyền hai tầng đang hoạt động tại Miraflores/Pedro Miguel sẽ không được tái tạo. Các khoang của âu thuyền mới sẽ có đặc trưng là các cổng trượt, được làm kép vì mục đích an toàn và sẽ dài 427 m (1.400 ft), rộng 55 m (180 ft), sâu 18,3 m (60 ft); nó cho phép quá cảnh của các tàu với sườn ngang tới 49 m (160 ft), chiều dài tổng thể tới 366 m (1.200 ft) và khoảng cách từ đường nước tới đáy tàu tới 15 m (50 ft), tương đương với tàu côngtenơ chở khoảng 12.000 côngtenơ 20 ft (dài 6,1 m) hay 12.000 TEU.

Các âu thuyền mới sẽ được hỗ trợ bằng các đường dẫn vào mới, bao gồm kênh dài 6,2 km (3,8 dặm) tại Miraflores từ âu thuyền tới đường xẻ Gaillard, men theo hồ Miraflores. Mỗi kênh này sẽ rộng 218 m (715 ft), là yêu cầu để các tàu hậu Panamax có thể lưu thông trên kênh theo một hướng trong một thời điểm. Đường xẻ Gaillard và kênh qua hồ Gatún sẽ được mở rộng tới không dưới 280 m (918 ft) trên các phần thẳng và không dưới 366 m (1.200 ft) trên các phần cong. Mực nước tối đa trong hồ Gatún sẽ được nâng lên từ độ cao tham chiếu 26,7 m (87,5 ft) thành 27,1 m (89 ft).

Mỗi bậc thang của âu thuyền sẽ kèm theo 9 bồn trũng tái sử dụng nước (3 bồn trên một khoang), mỗi bồn trũng này có kích thước rộng 70 m (230 ft), dài 430 m (1.410 ft) và sâu 5,50 m (18 ft). Các bồn trũng được nuôi nhờ trọng trường này sẽ cho phép 60% lượng nước đã sử dụng trong mỗi lần quá cảnh có thể được tái sử dụng; và như thế các âu thuyền mới sẽ sử dụng tiết kiệm hơn 7% lượng nước cho mỗi lần quá cảnh so với các âu thuyền đang có. Việc nạo vét sâu hồ Gatún cùng việc tăng mực nước tối đa của nó sẽ cung cấp một dung tích lưu trữ nước phụ trội thêm đáng kể. Các biện pháp này có ý định cho phép mở rộng kênh đào để hoạt động mà không cần xây dựng thêm các hồ chứa nước mới.

Chi phí ước tính cho dự án này là 5,25 tỷ USD. Dự án được thiết kế để cho phép sự gia tăng đã dự báo trước trong lưu thông từ 280 triệu tấn PC/UMS vào năm 2005 lên thành gần 510 triệu tấn PC/UMS vào năm 2025; kênh đào đã mở rộng sẽ có khả năng chuyên chở tối đa có thể chịu được là khoảng 600 triệu tấn PC/UMS một năm. Các mức lệ phí vẫn tiếp tục được tính toán dựa trên kích thước tàu và không phụ thuộc vào các âu thuyền được sử dụng.

Các âu thuyền mới được dự kiến sẽ mở cửa cho lưu thông vào năm 2015. Các âu thuyền hiện tại, sẽ là 100 năm tuổi vào thời gian đó, sẽ có cơ hội lớn hơn để bảo trì và được lập dự tính để tiếp tục hoạt động vô hạn định[29]. Một bài báo trong số ra tháng 2 năm 2007 của tạp chí Popular Mechanics đã miêu tả các kế hoạch cho kênh đào, tập trung vào các khía cạnh công nghệ của dự án mở rộng[33].