ด้านสิ่งแวดล้อม   พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้ทรงพระราชทานแนวพระราชดำริในการบำบัดน้ำเสีย โดยอาศัยวิทยาการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหลายวิธีการ  เช่น  การทำให้เจือจางตามแนวทฤษฎีการพัฒนาอันเนื่องมาจากพระราชดำริ " น้ำดีไล่น้ำเสีย " การกรองน้ำเสียด้วยผักตบชวา การใช้กระบวนการทางชีววิทยาผสมผสานกับเครื่องกลเติมอากาศแบบ "สระเติมอากาศชีวภาพบำบัด" การผสมผสานระหว่างพืชน้ำกับระบบการเติมอากาศ ระบบบ่อบำบัดและวัชพืชบำบัด กาบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีการเติมอากาศ "กังหันชัยพัฒนา" และการใช้กระบวนการทางฟิสิกส์เคมีด้วยการทำให้ตกตะกอนเป็นต้น

ด้านการป้องกันน้ำท่วม พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวมิได้ทรงพัฒนาด้านการเกษตรสำหรับชาวชนบทเท่านั้น ยังทรงห่วงใยชีวิตความเป็นอยู่ของชาวเมืองใหญ่ เช่น กรุงเทพฯ และปริมณฑลด้วย เนื่องจากต้องประสบกับสภาวะน้ำท่วมอยู่เสมอ จึงทรงคิดค้นการป้องกัน และบรรเทาปัญหาน้ำท่วม ด้วยวิชาและวิธีการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เหมาะสม โดยพระราชทานพระราชดำริให้มีการก่อสร้างคันกั้นน้ำหรือผนังเลียบลำน้ำการก่อสร้างทางผันน้ำ หรือขุดคลองสายใหม่เชื่อมต่อกับลำน้ำที่มีปัญหาน้ำท่วม  การปรับปรุงสภาพลำน้ำ เช่น ขุดลอกและตกแต่งลำน้ำ เพื่อให้น้ำสามารถไหลได้สะดวก การก่อสร้างเขื่อนกั้นน้ำ การก่อสร้างคันกั้นน้ำโอบลอบพื้นที่ และการอนุรักษ์พื้นที่ต้นน้ำลำธาร นอกจากแนวพระราชดำริดังกล่าวแล้ว พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ยังได้พระราชทานแนวพระราชดำริในการแก้ไขปัญหาน้ำท่วมในเขตกรุงเทพฯ และปริมณฑลเพิ่มเติมอีก คือ โครงการแก้มลิง แล้วจึงระบายน้ำลงทะเลเมื่อปริมาณน้ำทะเลลดลง

 ด้านการพัฒนาแหล่งน้ำ  พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้พระราชทานพระราชดำริให้ส่วนราชการต่างๆ นำไปพิจารณาวางโครงการและดำเนินการก่อสร้างแหล่งน้ำ ๕ ประเภท โดยคำนึงถึงความเหมาะสมกับสภาพภูมิประเทศตามเหมาะสมเกี่ยวกับสภาพแหล่งน้ำ และตามเหมาะสมในด้านเศรษฐกิจและสังคม คือ
          ๑.  โครงการพัฒนาแหล่งน้ำเพื่อการเพาะปลูก และอุปโภคบริโภค ได้แก่ อ่างเก็บน้ำ และฝายทดน้ำ
          ๒.  โครงการพัฒนาแหล่งน้ำเพื่อการรักษาต้นน้ำลำธาร
          ๓.  โครงการพัฒนาแหล่งน้ำเพื่อการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ
          ๔.  โครงการระบายน้ำออกจาพื้นที่ลุ่ม
          ๕.  โครงการบรรเทาอุทกภัย
          นอกจากนี้  พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวยังทรงค้นคว้าทดลองด้านวิชาการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และบูรณาการเทคโนโลยีที่เหมาะสม เพื่อเป็นประโยชน์ต่อการบริหารจัดการน้ำ ได้แก่  การทำฝนเทียม หรือ "ฝนหลวง" ซึ่งประสบความสำเร็จด้วยพระปรีชาสามารถในการประมวลและวิเคราะห์ข้อมูล พร้อมกับทรงนำเทคโนโลยีสารสนเทศ ทั้งวิทยุสื่อสาร ดาวเทียม และคอมพิวเตอร์มาใช้ในการดำเนินงานในแต่ละขั้นตอน  สามารถช่วยเหลือเกษตรกรได้ในภาวะฝนแล้งหรือฝนทิ้งช่วง อีกทั้งยังเพิ่มปริมาณน้ำฝนให้แก่อ่างและเขื่อนเก็บกักน้ำ เพื่อการชลประทานและการผลิตกระแสไฟฟ้า ทรงอนุรักษ์แหล่งน้ำและต้นน้ำลำธารธรรมชาติ ช่วยทำนุบำรุงป่าไม้และการปลูกป่าทดแทน รวาทั้งในบางช่วงฤดุกาลยังช่วยลด และบรรเทาการเกิดไฟไหม้ป่าด้วย