พื้นที่ต้นน้ำลำธารเป็นแหล่งผลิตน้ำให้แก่ ลำธาร ส่วนใหญ่จะประกอบด้วยภูเขาหรือเนินสูงที่มีความลาดชันค่อนข้างมาก สำหรับพื้นที่ต้นน้ำลำธารซึ่งปกคลุมด้วยสภาพป่าไม้ตามธรรมชาติที่มีความสมบูรณ์ ป่าไม้จะช่วยป้องกันน้ำฝนขณะฝนตกมิให้กัดเซาะชะพาดินผิวหน้า และช่วยรักษาความสมบูรณ์และความชุ่มชื้นมิให้เสื่อมสูญไป ส่วนเศษไม้ ใบไม้ ที่ทับถมผุพังอยู่บนผิวดินนั้นก็จะช่วยดูดซับน้ำฝน ทำให้น้ำมีโอกาสไหลซึมลงไปเก็บสะสมอยู่ในดินได้มาก แล้วจึงค่อยไหลระบายออกจากดินลงสู่ลำธารและลำห้วยอย่างสม่ำเสมอตลอดเวลา ดังนั้น ป่าไม้จึงมีความสำคัญที่ช่วยให้ลำน้ำลำธารมีน้ำไหลตลอดทั้งปี
ถ้าหากพื้นที่ต้นน้ำลำธารแห่งใดมีสภาพที่เสื่อมโทรม เนื่องจากบริเวณพื้นที่ดังกล่าวถูกผู้คนบุกรุกแผ้วถางป่าเพื่อนำที่ดินมาใช้ทำการเกษตร หรือถูกบุกเบิก เพื่อการทำไร่เลื่อนลอยในแต่ละปีเป็นจำนวนมาก เมื่อฝนตกน้ำฝนจะไหลบ่าตามลาดพื้นดินจากบริเวณพื้นที่รับน้ำฝนลงสู่ลำธาร และลำห้วยอย่างรวดเร็ว เป็นเหตุให้ดินถูกกัดเซาะพังทลายมาก และน้ำอาจไหลบ่าท่วมพื้นที่ทำการเกษตรและที่อยู่อาศัยในบริเวณพื้นที่ราบทางตอนล่างอย่างฉับพลันได้ แต่ครั้งถึงฤดูแล้งลำธาร และลำห้วยส่วนใหญ่จะไม่มีน้ำไหล ซึ่งจะมีผลกระทบต่อความเป็นอยู่และการทำมาหากินของประชากรที่อาศัยอยู่ในเขตพื้นที่ลุ่มน้ำอย่างมากพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงสนพระราชหฤทัยในการอนุรักษ์ต้นน้ำลำธารอย่างยิ่ง ในระยะแรกที่เสด็จพระราชดำเนินเยี่ยมเยียนราษฎรตามท้องที่ต่างๆ ในภาคเหนือ เฉพาะอย่างยิ่งตามบริเวณพื้นที่ต้นน้ำลำธารซึ่งหลายแห่งเป็นที่อยู่อาศัยและพื้นที่ทำมาหากินของชาวไทยภูเขาเผ่าต่างๆ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้พระราชทานพระราชดำริที่สำคัญ ได้แก่ การหาทางยับยั้งราษฎรชาวไทยภูเขาไม่ให้บุกรุกทำลายป่าบนภูเขาซึ่งเป็นต้นน้ำลำธารเป็นอันดับแรกโดยเร่งด่วนด้วยทรงตระหนักในพระราชหฤทัยว่า ปัญหาที่ราษฎรชาวไทยภูเขาจำนวนมากบุกรุกทำลายป่าตามยอดเขาต้นน้ำลำธารเพื่อนำพื้นที่มาทำไร่เลื่อน-ลอยหรือปลูกฝิ่นนั้น นอกจากจะเป็นการผิดกฎหมายแล้ว การกระทำดังกล่าวยังเป็นสาเหตุสำคัญต่อการทำลายป่าในบริเวณที่เป็นต้นกำเนิดของลำน้ำลำธารด้วย ถ้าหากไม่หาทางหยุดยั้งให้ได้แล้ว ผลเสียหายอาจเกิดขึ้นแก่ส่วนรวมในอนาคตอย่างประมาณมิได้ ด้วยเหตุนี้ ใน พ.ศ. ๒๕๑๒ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวจึงพระราชทานพระราชดำริให้จัดตั้งโครงการหลวงพัฒนาชาวเขาขึ้น หรือเรียกว่า "โครงการหลวง" ในระยะต่อมา โดยมีจุดมุ่งหมายสำคัญเพื่อที่จะให้ชาวไทยภูเขาได้ตั้งถิ่นฐานทำมาหากินอย่างถาวรเป็นหลักแหล่ง ส่งเสริมให้ปลูกผลไม้เมืองหนาวและพืชเมืองหนาวต่างๆ เพื่อทดแทนการปลูกฝิ่นและการทำไร่เลื่อนลอย ซึ่งจะมีผลช่วยในการอนุรักษ์พื้นที่ต้นน้ำลำธารให้พ้นจากความเสื่อมโทรมได้ดังกระแสพระราชดำรัสมีความตอนหนึ่งว่า
"เรื่องที่ช่วยชาวเขาและโครงการชาวเขานั้นมีประโยชน์โดยตรงกับชาวเขา เพื่อที่จะส่งเสริมและสนับสนุนให้ชาวเขามีความเป็นอยู่ดีขึ้น..... ผลอีกอย่างหนึ่งซึ่งสำคัญมากก็คือ ชาวเขาตามที่รู้เป็นผู้ที่ทำการเพาะปลูกที่อาจทำให้บ้านเมืองเราไปสู่หายนะได้ โดยที่ถางป่าและปลูกโดยวิธีที่ไม่ถูกต้อง ถ้าพวกเราทุกคนไปช่วยเขา ก็เท่ากับช่วยบ้านเมืองให้มีความดี ความอยู่ดีกินดี และปลอดภัยได้อีกทั้งประเทศ เพราะว่าถ้าเราสามารถทำโครงการนี้ให้สำเร็จ ให้ชาวเขาอยู่เป็นหลักแหล่ง สามารถที่จะมีการกินดีอยู่ดีพอสมควร และสนับสนุนนโยบายที่จะรักษาป่าไม้ รักษาดินให้เป็นประโยชน์ต่อไป ประโยชน์อันนี้จะยั่งยืนมาก"
การจัดตั้งโครงการหลวงในภาคเหนือดังกล่าว จึงเป็นการเริ่มงานอนุรักษ์ต้นน้ำลำธารตามพระราชดำริขึ้นในภาคเหนืออย่างจริงจังเป็นครั้งแรก จนถึงปัจจุบันได้มีการดำเนินงานกระจายไปทั่วภูมิภาคนี้และอีกหลายแห่งในภาคอื่นด้วยโดยมีรายละเอียดด้านวิชาการที่สำคัญดังต่อไปนี้
