Основной задачей данного проекта была разработка препарата, применением которого на человеке можно было бы добиться полного влияния не только на его поведение, но и на образ мыслей и убеждения, в частности предполагалось такими средствами подрывать лояльность людей к потенциальным противникам. Иными словами, ЦРУ планировало этими препаратами превращать людей в шпионов.
Для создания такого вещества проводились исследования веществ, имеющих биологическое происхождение, например ядов змей, насекомых, грибов, спор и микроорганизмов, вызывающих холеру, оспу, сибирскую язву. Кроме того, в этом проекте были задействованы и синтетические вещества, причем главный упор в разработке делался на испытания различных модификаций ЛСД, который был во много раз сильнее и эффективнее мескалина и гашиша.
Исследования осуществлялись как в лабораторных, так и в бытовых условиях, которые включали в себя введение инъекций с подобными веществами ничего не подозревающим об этом людям. К примеру, сотрудник спецслужб наугад выбирал в баре человека, затем приводил его на конспиративную квартиру, где ему в пищу или напиток подмешивал наркотик, после чего за поведением человека следили из смежной комнаты через зеркало.
Исследования велись по следующим направлениям: влияние наркотика на человеческую память, дискредитация человека его поведением, значительное изменение сексуальных предпочтений, способы дознания, уровень внушаемости, возникновение у человека чувства зависимости.
Ученые ЦРУ также проводили теоретические изыскания относительно добавления ЛСД в водопроводную городскую сеть, чтобы вызвать у жителей чувство безмятежности и притупления инстинкта самосохранения.
Впоследствии стало известно, что в середине 1950-х гг. в Нью-Йорке ЦРУ совместно с отделением специальных операций вооруженных сил США сумело провести операцию «Большой город». Ее суть заключалась в том, что в обычный гражданский автомобиль вмонтировали специальные устройства, через которые на протяжении 120 км распылялись газ и порошок, влияние которых на людей планировалось изучать. Данный эксперимент был призван выявить поведение граждан США, попавших в зону поражения, определить факт и степень отравления, гибели или устойчивости к воздействию этих препаратов.
Чтобы опыты спецслужб остались незамеченными для общественности, руководство ЦРУ смогло привлечь себе в помощники профессоров крупных американских университетов, которые начали проводить исследования в своих лабораториях, а также в госпиталях и на факультетах. Например, было известно, что подобные разработки велись в Бостонском госпитале, на медицинском факультете университета в штате Иллинойс, в ряде других крупных высших учебных заведений США.
Всего за 11 лет исследований были подписаны около 80 контрактов с учебными и медицинскими учреждениями, в числе которых были 22 колледжа и университета, 12 клиник и 3 тюрьмы. За это время различным испытаниям подверглись около 5000 человек, относящихся к гражданским или военным лицам. Общее же количество заключенных и душевнобольных, над которыми проводились опыты, неизвестно. Следует отметить, что ЦРУ не было наказано ни за одну человеческую жизнь, прервавшуюся в результате подобных опытов.
У проекта «МК-Ультра» существовало несколько дочерних проектов, к примеру исследованием воздействия разного рода синтетических наркотиков на организм человека занимался Д. Уайт. Испытания проводились главным образом в федеральном наркологическом реабилитационном центре, расположенном в Лексингтоне (штат Кентукки). Агенты ЦРУ испытывали новые разработки на наркоманах, проходивших лечение в этом центре, а в качестве поощрения за участие в программе им выдавали дозы их из любленных наркотических средств. По программе «Поиск-2» (Mk search-2) проводились работы, согласованные с лабораторией Балтимора, а также с биологической лабораторией, находящейся в Форт-Детрике, где занимались поставкой реагентов для ЦРУ.
Кроме того, разведывательное управление занималось созданием новых и усовершенствованием старых отравляющих веществ. Этот проект находился под полным контролем одного из крупнейших промышленников США, возглавлявшим целый ряд крупных американских фирм, причем его фамилия засекречена и до настоящего времени.
Созданием химических препаратов занимался также доктор Д. Хамильтон, который до привлечения к подобным проектам работал психиатром в одной из клиник Сан-Франциско. Он имел прямой доступ к подопытным, в качестве которых использовались лишь заключенные. Их привозили в Калифорнийский медицинский центр в Вакавиле, где над ними и проводились опыты.
Доктор К. Пфейффер также проводил эксперименты на заключенных, изучая воздействие различных наркотических и психотропных веществ на человеческий мозг.