นับเป็นเวลาหลายปีก่อน พ.ศ. ๒๕๑๒ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้ทรงเริ่มศึกษาและวิจัยเอกสารทางวิชาการ และทรงค้นคิดอย่างเป็นระบบต่อเนื่อง เพื่อค้นหากรรมวิธีการทำฝนที่เป็นไปได้ และเหมาะสมกับสภาพอากาศของประเทศไทยก่อนที่จะพระราชทานแนวพระราชดำริและข้อสมมุติฐานให้ลงมือทดลองปฏิบัติการ จนกระทั่งกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ได้น้อมรับแนวทางพระราชดำริและได้เริ่มให้มีการทดลองปฏิบัติการจริงในท้องฟ้าเป็นครั้งแรก เมื่อ พ.ศ. ๒๕๑๒ และได้ดำเนินการทดลองปฏิบัติการอย่างต่อเนื่องในสภาพภูมิประเทศและภูมิอากาศที่แตกต่าง และในช่วงฤดูกาลต่างๆ กัน เพื่อพัฒนากรรมวิธี และเทคนิค จนกระทั่งถึงเดือนสิงหาคม พ.ศ. ๒๕๑๔ ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ทำการทดลองปฏิบัติการช่วยเหลือการทำนาของจังหวัดพิจิตร และนครสวรรค์ ซึ่งประสบภาวะแห้งแล้งอย่างรุนแรงเป็นครั้งแรกตามที่ราษฎรได้ทูลเกล้าฯ ถวายฎีกาขอพระราชทาน ซึ่งประสบความสำเร็จช่วยให้รอดพ้นความเสียหายได้อย่างน่าพอใจ นับแต่นั้นมา จึงเป็นการค้นคว้าทดลองควบคู่กับการปฏิบัติการช่วยเหลือตามการทูลเกล้าฯ ถวายฎีการ้องเรียนของราษฎรจากทุกภาคของประเทศ ทั้งนี้ทรงร่วมและติดตามกิจกรรมนี้ด้วยพระองค์เองทุกขั้นตอนอย่างใกล้ชิดและเอาพระทัยใส่เป็นอย่างยิ่ง ทั้งการวิเคราะห์ วิจัย การค้นคว้าทดลองการวางแผนและปรับแผนปฏิบัติการ และการประเมินผล รวมทั้งทรงพระกรุณาถ่ายทอดวิชาการ และพระราชทานข้อแนะนำทางเทคนิคแก่นักวิชาการด้วย จนทรงสามารถสรุปกรรมวิธีฝนหลวงพระราชทานให้ใช้เป็นหลักวิชาการและเทคนิคในการปฏิบัติการฝนหลวงใน พ.ศ. ๒๕๑๖ เป็นต้นมาจนตราบเท่าทุกวันนี้
การทดลองค้นคว้าและการปฏิบัติการฝนหลวงช่วยเหลือราษฎร ได้ก้าวหน้าและประสบความสำเร็จเป็นที่น่าพอใจ คณะรัฐมนตรีจึงได้มีมติให้ใช้คำ "ฝนหลวง" เป็นทางราชการเมื่อ วันที่ ๒๒ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๑๗ และมีการตราพระราชกฤษฎีกาแบ่งส่วนราชการก่อตั้งสำนักงานปฏิบัติการฝนหลวงขึ้นในสำนักงานปลัดกระทรวงกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เมื่อวันที่ ๒๑ กันยายน พ.ศ. ๒๕๑๘ ให้เป็นหน่วยงานรองรับโครงการพระราชดำริฝนหลวงรับผิดชอบในภารกิจหลักดังนี้
๑. การปฏิบัติการฝนหลวง เพื่อป้องกัน และบรรเทาสภาวะแห้งแล้ง โดยการช่วยให้เกิดฝนตกถี่และเพิ่มปริมาณฝนแผ่เป็นบริเวณกว้าง ยิ่งขึ้นกว่าขบวนการเกิดฝนตามธรรมชาติเพื่อ
๑.๑ ป้องกันและบรรเทาปัญหาขาดแคลนน้ำสำหรับการอุปโภคบริโภค และการเกษตร
๑.๒ เพิ่มปริมาณน้ำไหลให้แก่ต้นน้ำลำธาร หนองบึงธรรมชาติ อ่างและเขื่อนเก็บกักน้ำเพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้า การชลประทานน้ำประปา รวมทั้งน้ำใต้ดิน
๒. การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีฝนหลวง
