การพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนั้น จำเป็นต้องอาศัยการวิจัยและพัฒนา เพื่อสร้างฐานความรู้ที่เข้มแข็งให้กับประเทศ และในขณะเดียวกัน กำลังคนของประเทศจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาควบคู่กันไปด้วย โดยเฉพาะกลุ่มนักวิจัย ซึ่งเป็นกำลังหลักในการขับเคลื่อนกิจกรรมวิจัยและพัฒนา สำหรับประเทศไทยหากเปรียบเทียบจำนวนบุคลากรวิจัยและพัฒนา กับประเทศที่ใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นกลไกขับเคลื่อนเศรษฐกิจ ดังเช่น ญี่ปุ่น เกาหลี ไต้หวัน ถือได้ว่ายังมีปริมาณที่น้อยมาก
ในปี 2546 ประเทศไทยมีบุคลากรด้านการวิจัยและพัฒนา กรณีเทียบเป็นการทำงานเต็มเวลาเพียง 42,379 คน-ปี ในขณะที่ ญี่ปุ่นมี 857,000 คน-ปี เกาหลีมี 186,000 คน-ปี ไต้หวันมี 120,000 คน-ปี ทั้งนี้ การเพิ่มจำนวนบุคลากรวิจัยและพัฒนา จำเป็นต้องอาศัยระยะเวลาในการดำเนินการค่อนข้างมาก อีกทั้งจำเป็นต้องทำอย่างต่อเนื่อง และต้องเริ่มดำเนินการตั้งแต่ในระบบการศึกษา เพื่อเตรียมฐานกำลังคนสำหรับอนาคต
ดังนั้น ในระบบการศึกษา จึงจำเป็นต้องมีกลไกสนับสนุนเพิ่มเติมจากการศึกษาแบบทั่วไป เพื่อให้ผู้เรียนที่มีศักยภาพทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้รับการพัฒนาอย่างถูกทางและเหมาะสม ส่งเสริมให้อัจฉริยภาพที่มีอยู่เบ่งบานอย่างเต็มที่ และพัฒนาไปเป็นนักวิจัยที่มีคุณภาพต่อไปในอนาคต โดยจัดการศึกษาที่เฉพาะเจาะจง ตั้งแต่ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย ในรูปแบบของห้องเรียนวิทยาศาสตร์ โรงเรียนวิทยาศาสตร์ รวมทั้งจัดกิจกรรมส่งเสริมประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีของผู้เรียนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งปัจจุบันมีการดำเนินการอยู่บ้างแล้ว อาทิ ในรูปแบบโรงเรียนมีโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ เป็นโรงเรียนวิทยาศาสตร์เพียงแห่งเดียวของประเทศ รับนักเรียนได้เพียง 240 คน/ปี ในขณะที่การทำห้องเรียนวิทยาศาสตร์ และกิจกรรมเสริมอื่นๆ ยังทำได้ในปริมาณที่น้อยมาก ส่งผลให้นักเรียนที่มีศักยภาพด้านวิทยาศาสตร์ที่อยู่ในระบบไม่ได้รับการส่งเสริมอย่างเต็มที่จนถูกดึงความสนใจให้ไปศึกษาในสาขาอื่นแทน ซึ่งในระยะยาวจะเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการสร้างฐานกำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อันจะนำไปสู่การยกระดับความสามารถทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศได้
กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ในฐานะหน่วยงานที่มีภารกิจด้านการพัฒนากำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของประเทศ ได้เล็งเห็นว่ากลไกการพัฒนาอัจฉริยภาพทางวิทยาศาสตร์ในระดับเยาวชนที่เป็นอยู่ในปัจจุบันนั้น ไม่เพียงพอต่อการสร้างฐานกำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีให้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงระดับที่เป็นมวลวิกฤต (Critical mass) ได้ จำเป็นต้องมีกลไกมาสนับสนุนเพื่อส่งเสริมให้เกิดระบบการจัดการศึกษาที่เอื้อต่อการสร้างกำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยถือเป็นการดำเนินการร่วมกันของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และกระทรวงศึกษาธิการ การดำเนินงานโครงการสนับสนุนการจัดตั้งห้องเรียนวิทยาศาสตร์ในโรงเรียน โดยการกำกับดูแลของมหาวิทยาลัย เป็นการสนับสนุนการจัดทำหลักสูตรห้องเรียนวิทยาศาสตร์สำหรับนักเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายที่มีความสามารถพิเศษทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของโรงเรียนที่มีศักยภาพและความพร้อม โดยมีมหาวิทยาลัยเป็นผู้กำกับดูแลหลักสูตร การจัดการเรียนการสอนของห้องเรียนวิทยาศาสตร์ และให้การสนับสนุนการจัดการศึกษา
กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จึงได้กำหนดเลือกมหาวิทยาลัยที่มีคณะและภาควิชาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ซึ่งมีศักยภาพและความพร้อมเพื่อเป็นมหาวิทยาลัยนำร่องดำเนินการในเรื่องนี้ ตั้งแต่ปีการศึกษา 2551 ซึ่งมีโรงเรียนเครือข่ายหรือโรงเรียนในกำกับ 4 แห่ง เข้าร่วมโครงการ ดังนี้
- มหาวิทยาลัยเชียงใหม่-โรงเรียนสาธิตมหาวิทยาลัยเชียงใหม่
- มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์-โรงเรียน มอ.วิทยานุสรณ์
- มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี-โรงเรียนราชสีมาวิทยาลัย
- มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี-โรงเรียนดรุณสิกขาลัย
โดยในปีการศึกษา 2553 มีมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ วิทยาเขตปัตตานี-โรงเรียนสาธิตมหาวิทยาลัย สงขลานครินทร์ และปีการศึกษา 2554 มีมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน-โรงเรียนสาธิตแห่งมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน และมหาวิทยาลัยขอนแก่น-โรงเรียนสาธิตมหาวิทยาลัยขอนแก่น เข้าร่วมดำเนินโครงการเพิ่มเติม
