程海教授发展了国际先进水平的U-Th质谱测量技术，建立了多种时间尺度的高分辨率和精确定年的石笋同位素记录及其与全球气候变化之间的对比关系，为不同气候系统之间气候变化的精确对比提供了重要的年代尺标，成为理解全球气候变化的重要基础之一。程海教授发表SCI论文三百多篇，其中二十多篇发表在Science和Nature上。程海教授于2016年以Article形式在Nature杂志上发表论文，将亚洲季风的洞穴石笋氧同位素记录延伸至过去64万年，即U-Th测年方法的年龄上限，证实了过去七次主要冰期终止是由岁差引起的太阳辐射变化驱动，该研究成果所归属项目荣获2016年度中国高等学校十大科技进展。
程海教授为自然科学基金委2003年“海外杰青”，2014被陕西省政府授予“三秦友谊奖”，2015年当选国际地球化学协会和欧洲地球化学协会会士，并于2014年获首届“汤森路透中国引文桂冠奖–高被引科学家奖”;首届“汤森路透中国引文桂冠奖–最具国际引文影响力奖”，是目前为止获得该奖者中唯一来自地学领域的科学家。并入选汤森路透“全球高被引科学家”(2014-2016)、爱思唯尔“中国高被引学者”(2015，2016)。
美国地球物理联盟(American Geophysical Union，简称AGU)是全球最大的地球科学学术组织，成立于1919年，为非营利性的国际科学组织，目前全球会员6万余人。主要包含四大领域：大气和海洋科学、固体地球科学、水文学和太空科学。自1962年起，AGU从会员中选出杰出者为会士(Fellow)，以表彰他们在地球和太空科学领域中做出杰出贡献的科学家，每年只有不超过千分之一的会员可以获得这项荣誉。2017年全球共60人当选AGU Fellow。
