CIA już na początku lat 50. prowadziło badania nad LSD. W celu przetestowania jego działania narkotyk zażywali sami pracownicy CIA. Projekt MKUltra był rozwinięciem tych badań. Agenci CIA podrzucali LSD przypadkowym osobom, które nie były świadome, że go zażyły i obserwowali ich reakcje. W operacji wykorzystywano prostytutki, które w specjalnie wynajętym mieszkaniu podawały nieświadomym klientom LSD i inne narkotyki. Mieszkania były wyposażone w podsłuchy i lustra weneckie, które umożliwiały ciągłą obserwację. Początkowo podmiotami badawczymi były głównie osoby z półświatka, np. drobni dilerzy narkotykowi. Z czasem poszerzono grupę badawczą o osoby z różnych warstw społecznych i ras.
Eksperymenty prowadził i koordynował chemik . Badania nadzorowali oficerowie CIA Frank Wisner, Walter Bedell Smith. W ramach MK-Ultra wykonywano także , gdzie kluczową postacią był autor techniki „psychic driving” Donald Ewen Cameron, który podróżował do Kanady z Nowego Jorku i podawał pacjentom bez ich wiedzy leki nasenne w dawkach powodujących wielotygodniowe śpiączki.
Oprócz badań nad LSD prowadzono również eksperymenty nad hipnozą.