该重大计划分为两个主要执行阶段。
       前一阶段围绕指南核心问题，面向社会征集项目，鼓励自由探索，兼顾对一些重要方向进行培育。培育阶段收到申请书共计606份，经专家通讯评审和会议评审，正式资助项目124项（其中培育项目110项，重点支持项目14项）。培育阶段的四次指南发布前均经过指导专家组讨论，根据小分子探针等学科前沿的发展，围绕小分子探针主线，进行增补和调整。
       后一阶段，为进一步凝练重大科学问题，指导专家组评估培育阶段的项目，根据前期研究成果，重点集成，加强资助。2012年，从前期资助项目中遴选32个完成情况较好、并有望有所突破的项目，根据重大计划2007年指南建议的重点支持方向，对这些项目进行归纳形成六个集成方向：1、基于小分子探针的糖脂代谢调控机理研究；2、化学小分子探针引导的细胞信号转导途径研究；3、基于小分子探针的细胞命运决定的分子机制研究；4、针对信号转导过程研究的分析新方法与新技术。5、基于配体调控的核酸相关信号通路研究；6、 细胞中若干糖链介导的识别过程的调控”这一具有发展潜力的研究方向进行集成。2012年对6个项目团队进行资助。
       2013年继续根据2007年指南的重点方向进行补充集成，针对在探针工具、检测方法与通路研究等三个领域完成较好的项目进行遴选，并特邀国内新成长起来的一些优秀青年科学家参与申请，形成3个集成方向的项目：1、面向信号转导的蛋白质靶向探针及应用；2、用于信号转导研究的小分子探针检测新方法；3、细胞可塑性调控信号转导的化学生物学研究。通过组建3个优势互补的科研攻关团队，更加突出方法、技术与具体生物过程研究的结合，实现在若干重要方向上的突破发展。2014年又考察并遴选第一批集成项目执行中完成较好的20个课题组加强资助，并特邀了2个与重大计划指南密切相关的课题组进行申请与资助。

链接：2007年度资助项目
链接：2008年度资助项目
链接：2009年度资助项目
链接：2010年度资助项目
链接：2012年度资助项目
链接：2013年度资助项目
链接：2014年度资助项目