Op 1 juli 1946 wordt de RVO-TNO bij beschikking van de ministers van Oorlog en Marine opgericht. Het bestuur van RVO-TNO werd gevormd door militair en civiel defensiepersoneel en door leden van het bestuur van TNO. Daarnaast had ook de gedelegeerde van de minister zitting in het (dagelijks) bestuur. Onder de naam Chemisch Laboratorium komt op 1 januari 1948 het Centraal Laboratorium van het Voormalig Algemeen Hoofdkwartier bij TNO. Het Chemisch Laboratorium concentreerde zich voornamelijk op de bescherming tegen atoom-, biologische en chemische wapens. Het deed zelf - en in samenwerking met instituten in andere landen - onderzoek naar bijvoorbeeld gasmaskers, voerde testen uit en het nam deel aan internationale conferenties op het gebied van ABC-wapens. Het nieuwe laboratorium, dat werd gehuisvest in het gebouw van de Technische Hogeschool (de huidige Technische Universiteit) te Delft, moest van de grond af worden opgebouwd. Wel kon gebruik gemaakt worden van het instrumentarium van het Centraal Laboratorium dat aangevuld werd met in beslag genomen instrumenten uit Duitsland.
In het experimentele werk van het Chemisch Laboratorium kwam het accent al spoedig te liggen op onderzoek van zenuwgassen en chemische strijdmiddelen. Deze werden na de oorlog in aanzienlijke hoeveelheden in Duitsland aangetroffen. De ontdekking dat verbindingen werkend op het centrale zenuwstel reeds bij minimale doses een ongekende giftigheid bezitten, leidde tot uitgebreid en jarenlang onderzoek naar factoren als toxiciteit, profylaxe en therapie, identificatie, detectie, stabiliteit, vluchtigheid, afvanging door het gasmasker en bescherming door speciale kleding. De research werd buiten het laboratorium ondersteund en aangevuld met proefnemingen te velde. Daarbij waren de contacten met zusterondernemingen in België, Frankrijk en GrootBrittannië van veel betekenis. Het laboratorium heeft zich in de loop der jaren steeds verder ontwikkeld tot een centrum waarin giftige stoffen kunnen worden bereid en bestudeerd, zowel in chemisch als in biochemisch opzicht. De faciliteit waarin deze stoffen met radioactieve isotopen worden gemerkt en gesynthetiseerd kunnen worden is uniek in Nederland. Het Technologisch Laboratorium RVO-TNO was het voormalige Scheikundig Laboratorium van de Artillerie Inrichtingen, dat al sinds 1943 onder de schuilnaam TNO Laboratorium Poortlandlaan deel uitmaakte van de Organisatie TNO. De "Poortlandlaan" was ook een onderduikadres geweest voor een deel van het vooroorlogse defensieonderzoek. In 1949 werd het laboratorium door de Centrale Organisatie TNO overgedragen aan de RVO-TNO. Om verwarring met het Chemisch Laboratorium RVO-TNO te voorkomen, kreeg het overgedragen instituut de naam Technologisch Laboratorium RVO-TNO. Centraal stond het onderzoek naar explosieve materialen, wapenuitwerking en het uitvoeren van (chemische) experimenten.
In 1956 wordt het Technologisch Laboratorium RVO-TNO verplaatst naar het nieuwe laboratoriumgebouw aan de Lange Kleiweg te Rijswijk waar inmiddels ook het Medisch Biologisch Laboratorium RVO-TNO gehuisvest was. In 1957 volgt ook het Chemisch Laboratorium RVO-TNO. Later dat jaar opende de minister van Defensie, ir. C. Staf, het nieuwe laboratoriumcomplex. Het 2.13.205 Def / Rijksverdedigingsorganisatie TNO 9 verkreeg daarbij de naam Prins Mauritsgebouw. Na de jaren vijftig werd het accent van het onderzoek van keuring en "trouble shooting" verlegd naar fundamenteel speurwerk. Dit speelde zich eerst af in de chemische sector en breidde zich al snel uit in de fysische richting, onder andere schokgevoeligheid, detonatie en blast. Het onderzoek aan raketmotoren werd opgezet en methoden werden ingevoerd voor de bestudering van inwendige ballistiek en eindballistiek. Vooral bij dit laatste werd intensief gebruikgemaakt van ultrasnelle fotografie en röntgenflitstechniek. Onderzoek van pantserpenetratie en verzekering vereiste de bouw van (schiet)bunkers en andere voorzieningen. In 1979 fuseerden het Chemisch en Technologisch Laboratorium tot het Prins Maurits Laboratorium TNO (Instituut voor Chemische en Technologische Research). Aan het begin van de jaren 70 van de vorige eeuw ontstond onvrede over het functioneren van TNO. Hieruit kwam onder andere de vraag voort of de organisatiestructuur van TNO, na de sterke groei die was opgetreden, nog voldoenden garanties bood voor een effectief en efficiënt functioneren. Commissies en werkgroepen werden ingesteld om adviezen, nota's en plannen te leveren voor een herstructurering van TNO. Na een langdurig en complex proces van voorbereiding en anticiperende maatregelen kon op 1 januari 1981 op basis van het TNO-Besluit 1980 formeel worden overgegaan tot invoering van de belangrijkste elementen van de gewenste organisatiestructuur.
De bijzondere organisaties, dus ook de RVO, werden opgeheven; alle rechten en verplichtingen gingen over naar de enige rechtspersoon die bleef bestaan, de Centrale Organisatie TNO. TNO kreeg een gecentraliseerd dagelijks bestuur, centrale stafgroepen en een indeling in hoofdgroepen, waaronder een hoofdgroep voor defensieonderzoek.De TNO-wet van 1985 maakte aldus een einde aan het dagelijkse bestuur van de Rijksverdedigingsorganisatie. De Raad voor het Defensieonderzoek zou voortaan haar taken overnemen. Tenslotte vond het herstructureringsproces in formele zin een afronding met de nieuwe TNO-Wet en het daarop afgestemde TNO-Besluit 1986, die op 1 mei 1986 in werking traden.
