将两个遗传性不同的品种或类型杂交，其杂种第一代往往表现比双亲具有较强的生活力、生长势、抗逆性和丰产性等特点，这种现象就叫杂种优势。玉米是雌雄同株异花的异花授粉作物，其异交率一般在95%以上；高梁虽属异花授粉作物，其异交率也可达50%。如果将父母本相间种植，借助风力或虫媒串粉就能比较容易地获得大量杂交种子。因此，杂交玉米和杂交高梁在上世纪50年代末期首先在生产上推广应用，使其单产得以大幅度提高。但水稻却属自花授粉作物，其花器很小，每朵花中包含有3个雄蕊和1个雌蕊，雄蕊由花药和花丝组成，雌蕊由子房、花柱和呈羽状分叉的柱头组成，开花时花药裂开，其中的花粉会自然地落在羽状的柱头上而自交结实，故其异交率不足5%。因而，要获得杂交种子，就必须用人工去掉母本花器中的花药（这叫人工去雄），而采集父本花器中的花药给其授粉结实。显然，是不可能用此法生产大量杂交种子的，也就不能大面积种植杂交水稻。后来，科学家就发现了雄性不育水稻材料，这种水稻的花，雌蕊正常，而雄蕊发育不正常，表现畸形或干瘦，无授精能力。开花时花的颖壳能张开接受外来花粉落到雌蕊柱头上而正常结实。它这种特性可以在后代稳定出现，人们就把这种水稻品种叫做“不育子”，农民也叫它“母稻”。但它有一个缺点，就是因自身无正常花粉，无法繁殖后代。科学家又专门培育了另一类水稻品种，这就是“保持子”，它是正常的水稻，能自交结实，但外表酷似不育系，同“不育系”杂交，可以使不育系结的种子下一代仍旧不育，长像也几乎没有变化。为使水稻杂种第一代高产，最后还需精心筛选出一个称之为“恢复子”的水稻品种与不育系配对，这个恢复系也是正常的水稻品种，能自交结实，但它同不育系杂交却能恢复不育系正常的自交结实能力，且因它和不育系的性状往往差异较大，杂种第一代内在矛盾大，就具有强大的生活力，表现高产。科学家有了这三件“法宝”，就誉之为“三系配套”，从而可大面积生产并种植杂交水稻了。
令人自豪的是，1974年杂交水稻最先在我国开始大面积推广应用并在1980年将该技术转让给美国。据统计，到1991年底，我国杂交水稻种植面积已突破2.6亿亩，占水稻总播种面积的54%。1976～1991年间共累计推广19亿多亩，按每亩比常规水稻品种增产50～70kg计算，增产达1 000-1 500亿kg，从而为我国粮食生产做出了巨大贡献。作为我国杂交水稻研究的先驱和领导者，著名科学家袁隆平也因此被誉为“中国杂交水稻之父”。
