พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงห่วงใยยิ่งในการนำสารเคมีฝนหลวงไปใช้ในการปฏิบัติการ ดังนั้นก่อนที่จะทรงเห็นชอบให้นำไปใช้จึงต้องมีการวิเคราะห์วิจัยอย่างถี่ถ้วนถึงผลกระทบว่าจะเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งมนุษย์ พืชและสัตว์ตลอดจนก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่จากนั้นจึงทรงให้เลือกสารเคมีที่ผลิตในประเทศเท่าที่จะทำได้และราคาไม่แพง เพื่อใช้ในการปฏิบัติการ (สารเคมีฝนหลวงทั้งหมด ๘ ชนิด ปัจจุบันมีเพียง ๒ ชนิด ที่ต้องสั่งเข้ามาจากต่างประเทศคาดว่าในอนาคตอันใกล้จะผลิตได้เองทั้งหมดในประเทศ)
สารเคมีฝนหลวงทุกชนิดที่ใช้ในปัจจุบันเป็นสารเคมีที่มีคุณสมบัติดูดซับความชื้นได้ดี และเมื่อดูดซับความชื้นจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลงแตกต่างกัน เพื่อให้เลือกชนิดและปริมาณใช้ได้ตามความเหมาะสมกับสภาพอากาศและขั้นตอนกรรมวิธีในขณะนั้นในรูปอนุภาคแบบผงและสารละลาย ทำหน้าที่เป็นแกนกลั่นตัวของเมฆ (Cloud condensation nuclei) ซึ่งมีลักษณะเป็นแกนแข็งและสารละลายเข้มข้น หรือใช้สารเคมีที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ชักนำให้หยดน้ำ หรือสารละลายเข้มข้นกลายเป็นเกล็ดน้ำแข็ง (Ice nuclei) ดังนั้นสารเคมีฝนหลวงจึงแบ่งออกเป็น ๓ ประเภท คือ สารเคมีประเภทนี้เมื่อดูดซับความชื้นแล้วจะเกิดปฏิกิริยาทำให้อุณหภูมิต่ำลง เราใช้สารเคมีประเภทนี้เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการดูดซับความชื้นแล้วกลายเป็นแกนสารละลายเข้ม ข้นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิกลั่นตัวซึ่งทำให้ประสิทธิภาพในการกลั่นตัวสูงขึ้น และทำให้การเจริญของเม็ดน้ำในก้อนเมฆมีขนาดใหญ่เร็วขึ้นและความร้อนแฝงที่ปล่อยออกมาจากการกลั่นตัวจะทำให้เกิดการลอยตัวขึ้นของมวลอากาศและ ทำให้เกิดขบวนการกลั่นตัวอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ขบวนการชนและรวมตัวกันของเม็ดน้ำให้เจริญใหญ่ขึ้นจะเสริมขบวนการกลั่นตัวในขั้นเลี้ยงให้อ้วน และเกิดขบวนการแตกตัวของเม็ดน้ำที่เจริญขึ้นจนมีขนาดใหญ่จนกระทั่วความตึงผิว (Surface tension) ไม่สามารถคงขนาดอยู่ได้ หรือตกลงปะทะกับกระแสลมที่ลอยตัวขึ้น เม็ดน้ำที่มีขนาดใหญ่นั้น จะแตกตัวเองเป็นเม็ดน้ำขนาดเล็กๆ เพิ่มปริมาณแกนกลั่นตัวสารละลายเข้มข้นที่เจือจางลอยตัวกลับขึ้นไปเจริญใหม่ และเจริญขึ้นเป็นเม็ดน้ำขนาดใหญ่จนกลายเป็นฝนตกลงมา หรือเกิดการแตกตัวอย่างต่อเนื่องเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ กลไกหรือขบวนการดังกล่าวเป็นการขยายขนาดเมฆและเพิ่มปริมาณให้สูงขึ้น (Rain enhancement) ปัจจุบันในการปฏิบัติการมีการใช้สารเคมีประเภทนี้อยู่ ๓ ชนิด คือ
(๑) ยูเรีย (Urea; Co (NH2)2) เมื่อดูดซับความชื้นแล้วดูดกลืนความร้อนออกมาเท่ากับ ๑๐.๕๗ กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นตัว (nuclei) ซึ่งเป็นสารที่มีความไวในการดูดซับความชื้นที่ผิว (Surface active material)สูง ทำให้การเจริญเติบโตของละอองน้ำในเมฆกลายเป็นหยดน้ำที่มีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างรวดเร็ว มีปฏิกิริยาดังนี้
CO(NH2)2 + (aq) ฎ CO(NH2)2 (aq) หรือ CO(NH2)2 + (aq) ฎ CO(NH2)2 Molecule hydrate
(๒) แอมโมเนียไนเทรต (Ammoniumnitrate; NH4NO3) เมื่อดูดซับความชื้นแล้วดูดกลืนความร้อนออกมาเท่ากับ ๖.๓๐ กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นตัวเช่นเดียวกับยูเรีย ในกรณีที่สภาวะไอน้ำในอากาศหรือเมฆที่พร้อมจะตกเป็นฝนแล้ว เราช่วยดึงความร้อนออกมาได้โดยการใช้สารประเภทดูดกลืนความร้อน มีปฏิกิริยาดังนี้
NH4 NO3 + aq ฎ NH4+ (aq) + NO3 - (aq)
(๓) น้ำแข็งแห้ง (Dry ice; CO2(s)) ใช้ในสภาพบดเป็นเกล็ด หรือเป็นก้อนขนาดไม่เกิน ๑ ลูกบาศก์นิ้ว เป็นสารที่ผลิตจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยผ่านกรรมวิธีภายใต้ความกดดันสูงๆ จนเปลี่ยนสถานะเป็นก้อนแข็ง เมื่ออยู่ในความกดดันปกติ จะดูดกลืนความร้อนเข้าไประเหิดเปลี่ยนจากสภาพของแข็งเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งถึง -๗๘ องศาเซลเซียส ทำให้สภาวะไอน้ำในอากาศเกิดการควบแน่นและกลายเป็นเกล็ดน้ำแข็งได้มีปฏิกิริยาดังนี้
CO2(s) ฎ CO2(q)
