Les mesures compensatoires constituent le dernier niveau d'intervention du principe "éviter, réduire, compenser" appliqué aux projets susceptibles d'affecter l'environnement. Elles ne peuvent être envisagées qu'après avoir démontré que les atteintes aux milieux naturels et aux espèces protégées n'ont pu être ni évitées ni réduites. Leur objectif est de recréer ou restaurer des milieux équivalents en superficie, en fonctionnalité et en qualité écologique à ceux détruits ou dégradés.
Dans le cadre du projet de ligne nouvelle Bordeaux - Toulouse, la compensation porte sur des surfaces importantes, notamment pour les zones humides, les prairies, les haies, les boisements et les habitats d'espèces protégées. Ces mesures sont présentées comme des "surcompensations" destinées à équilibrer les pertes. Cependant, leur pertinence écologique dépend de plusieurs conditions : leur emplacement, leur nature, la temporalité de leur mise en œuvre et le suivi de leur efficacité à long terme. Si ces conditions ne sont pas réunies, la compensation ne permet pas d'atteindre les objectifs de non-perte nette de biodiversité et de maintien des fonctionnalités naturelles.
Les enjeux principaux concernent la réalité des équivalences écologiques entre sites détruits et sites restaurés, la cohérence hydrologique et géographique des localisations, la pérennité des mesures dans le temps et les moyens de contrôle. Un écart trop grand entre le milieu d'origine et le site de compensation, ou un suivi insuffisant, rend ces mesures inefficaces.