自1978年起，程祖海教授投身于高功率CO2激光器及其应用领域的科研工作。在其领导下，他主持完成了多项国家级科研项目，其中包括：
这些成就为他带来了丰富的荣誉，包括国际发明金奖、国家科技进步奖三等奖、国防科技技术发明二等奖、教育部和湖北省科技进步一等奖和二等奖，以及九项国家发明专利和逾百篇学术论文。他还与他人共同撰写了两部专业专著。
1992年，他荣获国防科工委光华基金二等奖，1997年因对国防的突出贡献被授予国家安全部“国防突出贡献”三等功。目前，程教授正在进行的科研项目包括“十五”863-802主题重点课题，以及国防“973”重大课题和重点专题，其中还包括一个已顺利完成的子课题。
他的研究方向涵盖了高能、高重复率脉冲CO2激光器、激光推进技术、脉冲激光等离子体隐身技术、光电对抗技术，以及激光声水下目标探测和脉冲激光在工业应用中的创新。