自1978年改革开放以来，中国通过科技攻关、技术引进和技术改造，解决了国民经济和社会发展中的一大批关键技术问题，整体科技实力大大增强，居发展中国家前列。同时，跟踪模仿为主的技术发展道路越来越无法适应中国技术更新速度加快的新形势需求。
为了加快实现中国科技发展战略从以跟踪模仿为主向以自主创新和实现技术跨越式发展为主的转变，2001年12月，科技部决定在“十五”期间组织实施12个国家重大科技专项。按照“有所为、有所不为”的指导思想和“突出重点”的基本原则，每个重大专项特别注重跨领域、跨学科的技术集成，实现重大技术突破。专项的选择和安排基于解决国民经济和社会发展急需的重大科技问题。专项在实施上采用政府引导和市场推动相结合，推动以企业为主体的创新和投入模式，建立竞争和滚动调整机制。
“十五”期间，科技部组织实施的12个国家重大科技专项为：
1.超大规模集成电路和软件专项
中国要实施以信息化带动工业化，必须加快信息产业的发展，而加快信息产业的发展，首先要解决信息产业发展的两大瓶颈问题：芯片和软件。
本专项的重点是支持CPU的开发，大力发展系统芯片和应用于通信、信息安全和电子整机的关键芯片设计，初步形成有自主知识产权的国家级IP库。
2.信息安全与电子政务及电子金融专项
信息安全已成为国家安全的新领域，对其他领域的安全起着基础性作用。
信息安全项目通过对信息安全关键技术的研究开发，为国家信息化建设提供安全保障，为构建统一的安全电子政务和电子金融平台等国家信息基础设施提供信息安全技术支撑。
3.功能基因组和生物芯片研究专项
功能基因组和生物芯片重大专项研究，可为中国新世纪的疾病诊断和治疗、新药开发等领域带来一场革命。
本专项通过建立和完善功能基因组，包括疾病基因、水稻基因和中华民族单核苷酸多态性（SNPs）研究以及生物芯片研究的技术平台，使中国功能基因组及生物芯片研究的整体水平进入世界先进行列。
4.电动汽车专项
电动汽车重大专项的目的是实现交通能源结构的多元化，维护国家能源安全。
中国自主研发的燃料电池城市客车
本专项以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破。
5.高速磁悬浮交通技术研究专项
发展高速磁悬浮交通对于迅速提高中国的交通运输能力，促进能源的合理开发利用，保护环境，实现可持续发展具有重要的战略意义。
本专项计划于2005年前后研制出1辆中国国产样车，建一段用于研究和试车的线路，以及开发相应的国产牵引供电和运行控制系统，基本掌握系统分解和集成技术，为高速磁浮铁路系统国产化奠定基础。
运行中的上海磁悬浮列车
6.创新药物和中药现代化专项
医药产业是前景广阔的高新技术密集型产业，中药是中国传统文化的瑰宝。
本专项目的在于加强新药研究开发能力，建立中国化学药、生物技术药和中药的技术创新体系，大幅提高中国新药研究和开发的综合实力，加快中药现代化、国际化进程，并为加入WTO后中国医药产业的战略性调整提供科技支撑和保障。
7.主要农产品深加工技术与设备研究开发专项
目前，中国农业品附加值低，严重影响中国农产品加工的国际竞争力。
农产品深加工技术与设备研究开发项目的实施将攻克一批农产品深加工关键技术难题，初步建立以食品加工为主体的国家农产品加工体系和新型的“农产品加工技术体系”，使中国农产品加工总体上达到20世纪90年代中期国际先进水平。
8.奶业重大关键技术研究与产业化技术集成示范专项
中国奶业发展严重滞后，大力发展奶业是推进畜牧业发展，加快农业结构战略调整的重要突破口，是增加农民收入，创造就业机会的重要途径。
本专项针对制约奶业发展的共性关键瓶颈技术开展攻关，研究并建立适合不同地区奶业发展的现代化生产技术体系，构建中国奶业科技创新体系与产业化生产模式。
9.食品安全关键技术专项
食品安全问题是关系到人民健康和国计民生的重大问题。
本专项针对中国食品生产、加工和流通过程中影响食品安全的关键检测、控制和监测技术等进一步加强研究开发和应用示范，建立符合中国国情的食品安全科技支撑体系。
10.现代节水农业技术体系及新产品研究与开发专项
中国日益尖锐的水资源供需矛盾，急需建立符合国情的节水农业技术体系。
本专项加强节水高效农业前沿和关键技术研究，加快节水农业设备和产品的产业化开发，大幅度提高节水农业技术与装备水平，强化节水农业技术的集成配套和产业化示范功能，推动农业产业结构调整。
11.水污染控制技术与治理工程专项
水污染问题日益突出，已经成为制约中国社会和经济发展的重大问题。
本专项积极开展水污染控制技术与示范研究，推动中国水污染控制技术的跨越式发展，控制水污染、改善水环境、确保水安全以及促进社会、经济和环境的协调发展。
12.重要技术标准研究专项
通过重要技术标准研究专项的实施，为中国技术标准的发展提供方向性指导，为构建新型技术标准体系奠定基础，为建立中国合理的贸易技术性措施提供技术支持，促进重大科技成果的商品化、产业化、国际化，促进中国企业积极参与国际标准的制定，提高中国技术标准整体水平。
12个重大科技专项的实施将涉及19个部门、22个省市，以及2000多个企业、科研院所和高等院校。“十五”期间预计总投入近200亿元，其中，国家下拨经费60亿元，地方政府和企业投入140亿元。
在通过技术、经济及管理等专家充分论证、明确目标后，上述所有专项都已完成启动部署并进入全面实施阶段。目前，很多专项都取得了阶段性研究成果。截至2003年，培养了1000多名重大课题带头人，有近2000名博士和留学回国人员参与到重大专项的实施中；重大专项共申请专利1559项，其中发明专利占78%。
