Faits: A. B._ et C._ (ci-après: les époux B._) sont copropriétaires de la parcelle 2'533 de la commune de Vandoeuvres, à l'adresse 46 chemin de la Seymaz. Ce terrain, bordé au sud par la Seymaz, est en cinquième zone de construction. Une villa contiguë (bâtiment n° 1'696) ainsi qu'un garage y sont édifiés. La parcelle voisine 2'534, à l'est, est propriété de A._. Une villa contiguë à celle des époux B._ (bâtiment n° 1'698) y est construite. A l'ouest se trouve la parcelle 1'816, copropriété des époux D._, sur laquelle est édifiée une villa individuelle. B. Le 4 novembre 2009, A._ a écrit à l'Office cantonal des autorisations de construire (ci-après: l'OAC). Des travaux étaient en cours sur la parcelle des époux B._, impliquant la pose de nouvelles fondations, la construction de murs ainsi que des mouvements de terre. Le même jour, un inspecteur a effectué un contrôle sur place. Un mur et une dalle étaient en construction, le premier visant à niveler le terrain et la seconde à créer un jacuzzi. Aucune demande d'ouverture de chantier n'avait été délivrée. Le 11 novembre 2009, l'OAC a ordonné aux époux B._ d'arrêter le chantier et leur a imparti un délai de dix jours pour présenter leurs observations. Cette décision est devenue définitive et exécutoire. Le 25 novembre 2009, A._ s'est à nouveau adressé à l'OAC. Les travaux avaient été régulièrement menés depuis le 4 novembre 2011. Le 30 novembre 2009, l'OAC a informé l'intéressé des mesures qui avaient été prises. Le même jour, cet office s'est adressé à B._; un délai de trente jours lui était imparti pour requérir une autorisation de construire relative aux travaux réalisés. Le 9 décembre 2009, A._ a informé l'OAC que les travaux continuaient et que l'ordre d'arrêt de chantier n'était manifestement pas respecté. D'autres constructions avaient été érigées de manière illégale. C. B._ ayant déposé une requête en autorisation de construire, l'OAC lui a notifié, le 20 janvier 2010, un "refus d'entrée". Les aménagements du terrain et les murets prévus ne respectaient pas la législation sur les constructions et le dossier était incomplet. Le 9 avril 2010, les époux B._ ont déposé à l'OAC une demande d'autorisation en procédure accélérée visant à construire un jacuzzi et à effectuer des aménagements extérieurs. Au cours de l'instruction de la requête, les préavis favorables du service de l'énergie, de la commune et de la direction générale de l'aménagement du territoire ont notamment été réunis. Par décision du 23 juin 2010, le Département cantonal des constructions et des technologies de l'information (ci-après: le DCTI) a délivré l'autorisation sollicitée. Parallèlement à l'autorisation de construire, le DCTI a infligé à B._ une amende de 3'000 fr., par décision du 18 juin 2010. A la suite d'un courrier de l'intéressé, le DCTI a accepté de réduire le montant de l'amende à 1'000 fr. D. A._ a recouru contre l'autorisation de construire précitée auprès de la commission cantonale de recours en matière administrative (ci-après: la commission de recours). Après avoir entendu les parties en audience de comparution personnelle, la commission de recours a rejeté le recours dans la mesure où il était recevable, par décision datée du 21 octobre 2010 et notifiée le 30 novembre 2010. Par arrêt du 12 avril 2011, la Cour de justice du canton de Genève, Chambre administrative (ci-après: la Cour de justice) a partiellement admis le recours de A._ contre la décision précitée, dans la mesure où il était recevable. Elle a annulé l'autorisation de construire litigieuse en ce qu'elle autorisait l'édification d'un mur de soutènement à moins de 30 mètres de la rivière "la Seymaz". Elle l'a confirmée et rejeté le recours au surplus. E. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ demande au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt cantonal du 12 avril 2011 et d'ordonner la démolition des constructions réalisées, ainsi que la remise en état du terrain. Il se plaint en substance d'une violation des principes de l'égalité de traitement et de l'interdiction de l'arbitraire, d'une violation de la garantie de la propriété et de son droit d'être entendu ainsi que d'une mauvaise application du droit fédéral relatif à la protection des eaux. La Cour de justice s'en rapporte à justice quant à la recevabilité du recours et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt. Les intimés concluent à l'irrecevabilité du recours, subsidiairement à son rejet dans la mesure où il est recevable et à la confirmation de l'arrêt attaqué. Le DCTI conclut au rejet du recours, en tant qu'il est recevable, et se réfère pour le surplus à l'arrêt attaqué. Le recourant a répliqué le 5 septembre 2011; il souligne que rien n'a été entrepris pour la destruction de la partie du mur dont l'autorisation a été annulée par la cour cantonale.