2017年7月，当选美国地球物理联合会会士（AGU Fellow）。

2022年5月，当选奥地利科学院数学自然科学学部外籍通讯院士。

2023年8月31日，当选中国科学院地学部院士增选有效候选人，由中国科协提名。

程海发展了铀系质谱测量技术，提供了许多重要和精确的晚第四纪气候变化绝对年代尺标、精确测量海水等地质样品中一些极微量元素及其同位素的技术方法，这些技术被广泛应用于古气候学、古海洋学和全球气候变化研究中的许多基本问题的研究。程海最广为人知的技术成就是在231Pa和230Th测年系统学中对铀系测年技术的改进，包括重新测定230Th和234U半衰期，该成果已被铀系测年领域广泛接受和使用。

基于铀系测年技术，程海在利用石笋记录重建不同区域不同时间尺度的气候历史方面发挥了重要作用，其中包括最长的东亚（640ka）和印度（280ka）季风石笋记录，最长的西风带气候记录包括中国西部（500ka）、中亚（350ka）和北美（335ka）的石笋记录，最长的亚马逊流域石笋记录（250ka）。这些记录是重建不同气候系统古气候变化的里程碑，在理解、关联和校准全球气候变化方面发挥了重要作用。同时，他在利用石笋进行14C校准中发挥了主导作用，为大气14C的重建提供了一个关键的14C数据集，并将校正极限扩展到14C的定年极限（约54000年）。最近，由程海引导的西安交通大学同位素实验室建立了高精度石笋三氧同位素（16O-17O-18O）分析技术，并首次获得了一组石笋17Oexcess数据，将新的17Oexcess指标与δ18O指标结合，用以研究洞穴石笋古气候变化，为水文气候变化及潜在动力学提供了新的见解。

程海为众多合作单位提供了大量的230Th测年数据，这些精确的年代数据被应用于亚洲、南美洲、阿拉伯、非洲、北美、中美洲、欧洲、热带太平洋等区域的不同时间尺度的古气候变化的突破性研究中，同时为中国、印度及其他区域的古人类进化等考古研究提供了“金钉子”年代。

据2023年7月西安交通大学官网数据，程海在国际期刊上发表论文近600篇，含29篇《科学》《自然》和60余篇《美国科学院院报》及《自然》和《科学》子刊文章；论文被引用7.38万余次（H-因子110，Google Scholar）；他在2014—2022年连续入选汤森路透/科睿唯安（Thomson Reuters/Clarivate Analytics）全球高被引科学家和爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者，在地球科学领域（ESI，科学网）的世界引文排名是第16位（最高前5），2014年获得汤森路透中国引文桂冠奖—最具国际引文影响力奖。

程海主持的“亚洲季风的变化规律及其与全球气候变化的关系”项目研究成果入选2016年度中国高等学校十大科技进展，负责的《多尺度全球气候变化的石笋记录、变化机理与影响》基础研究项目获得2021年度陕西省自然科学奖二等奖。

在2019年美国地球物理联合会年会（AGU 2019 Fall Meeting）上，程海应邀在大会上做了“Isotopes in Speleothems and Global Climate Change （石笋氧同位素与全球气候变化）”的主题讲座报告。

程海强调，要想做世界一流的科学研究，就要牢牢掌握先进的科学方法和工具，把研究方法的核心技术掌握在自己手中。在掌握“工具”的前提下，如何选一个合适的支点，同样是做好科学研究的关键。

由程海指导沙丽娟撰写的博士学位论文《高精度碳酸盐三氧同位素测试技术及其在石笋古气候研究领域的应用》被评为2022年陕西省优秀博士学位论文。

程海教授在过去三十年里一直处于铀系技术发展的前沿，还是国际知名的石笋古气候研究专家之一，取得了许多突破性科学发现，他的贡献在国际上具有广泛意义。（西安交通大学评）

程海教授对石笋古气候研究、铀系技术发展领域做出杰出贡献。（欧洲地学联盟评）

程海潜心钻研，用炙热的科学家精神和一片赤诚的心勇攀科研高峰，取得了一个个傲人的研究成果。（西安交通大学招生办评）

2024年10月12日，国家自然科学基金委员会网站刊发《2024年不端行为案件处理结果通报（第二批次）》。通报称，经查，在2021年重点项目通讯评审过程中，程海接受项目申请人刘建妮请托并向刘建妮泄露自己作为会议评审专家的身份，会议评审前与刘建妮约定了答辩时提问的问题，会议评审结束后向刘建妮泄露会议评审结果。程海应对上述问题负责。依据《国家自然科学基金项目科研不端行为调查处理办法》第五十条第一项、第四项和第四十四条第四项，取消程海国家自然科学基金项目评审专家资格3年（2024年4月9日至2027年4月8日），取消程海国家自然科学基金项目申请和参与申请资格2年（2024年4月9日至2026年4月8日），给予程海通报批评。