1964年，袁隆平在水稻中发现天然雄性不育株，并在国内首次发表了《水稻的雄性不育性》的论文，开创了我国籼型杂交稻的研究。
经历了6年的探索，袁隆平提出了利用“远缘的野生稻与栽培稻杂交”的新设想。在该设想的指导下，他和助手于1970年11月在海南发现花粉败育的野生稻（简称“野败”），为培育不育系和“三系”配套打开了突破口。1972年，由中国农业科学院和湖南省农业科学院牵头，有13个省区市参加的水稻雄性不育和杂种优势利用研究被列为全国农林重大科研协作项目，并先后育成了一批矮秆水稻的雄性不育系和保持系，并从国外引进品种中筛选到恢复系配成了强优组合。1973年，我国籼型杂交水稻实现了“三系”配套成功。1976年籼型杂交稻在全国进行大面积推广应用。我国的籼型杂交水稻是完全依靠自己的力量培育成功的，是继水稻育种史上高秆变矮秆之后的又一次重大突破，标志着我国水稻育种发展到了一个新的水平。籼型杂交稻于1981年获得我国第一个国家特等发明奖。
1986年袁隆平提出杂交水稻的育种从“三系”到“两系”再到一系，即方法上由繁到简、效率越来越高的方向发展。1991年育成了我国第一个实用型光温敏不育系培矮64S，1994年育成第一个“两系”法强优势杂交稻组合“培两优特青”。1995年我国独创的“两系”法杂交稻技术配套成熟，开始应用于生产，宣告了两系杂交水稻研究成功。1996年，我国超级稻研究计划启动，袁隆平又提出了以形态改良和杂种优势相结合，培育“高冠层、矮穗层、中大穗、高度抗倒”的株叶形态的技术路线，并于2000年和2004年实现了超级杂交稻亩产700公斤的第一期育种目标和亩产800公斤的第二期育种目标。
1980年和1981年，我国的杂交水稻技术先后转让给美国圆环种子公司和卡捷尔公司。这是我国第一个转让国外的农业专利技术。从此，杂交水稻技术走出了国门，开始向世界传播。2007年有7个国家推广杂交水稻面积超过3000万亩，比当地良种增产20%—40%。
从研究初期到现在，由于党和国家的高度重视和大力支持，以及广大科技人员和推广部门的不懈努力，杂交水稻的发展取得了巨大的成就。截至目前杂交水稻在我国累计推广60多亿亩，增产稻谷6000多亿公斤，每年增产的粮食可多养活7000多万人口。
袁隆平因对杂交水稻的杰出贡献于2001年获我国首届国家最高科学技术奖、2004年获世界粮食奖和以色列“沃尔夫奖”等16项国内和国际大奖。
