程国栋还引入J．R．Mackay（1972）的共生机制来阐述这种地下冰的共生生长方式。
当地表有沉积物周期性加积时，就可能造成上限周期性上升。此时，上述各种作用的周期性重复，将形成厚度很大的高含冰量冻土。两次堆积间隔的时间越长，土层的含冰量往往越高；累计的堆积越厚，则冰层的厚度一般讲也越大。
以上的作用：①自多年冻土表面向上冻结时的水分迁移和成冰；②未冻水的不等量迁移规律；③冰的自净作用；④地表加积造成的地下冰共生生长，构成了程国栋的厚层地下冰形成的重复分凝机制。由这一机制形成的冰定名为重复分凝冰。“重复”两字的含意是：其一是一年内各种作用造成的分凝成冰的多次重复；其二是指这些作用年复一年的重复。
重复分凝成冰机制将上述厚层地下冰的形成过程清晰地呈现在人们面前。
当发生自多年冻土表面向上冻结时，活动层底部往往形成较多的冰透镜体。当地表与大气圈的热交换条件发生变化（气候转冷或地表加积），造成第二年的最大季节融化深度减小时，活动层底部的这些冰透镜体就成为多年冻土的上部，并由于融化界面下依然冻结土中的水分迁移和分凝成冰作用，使冰透镜体增大、增多、增密。当再一次发生自下向上冻结时，由于冻结锋面后方的水分迁移和分凝成冰，多年冻土上部的含冰量又一次增加。活动层回冻以后，在冷季，当出现正的地温梯度时，出现水分向上的迁移。这虽然使多年冻土上部的含冰量有所减小，但由于未冻水的不等量迁移规律，年循环的总结果，这部分的含冰量仍是提高的。与此同时，随着冰透镜体的增厚、扩大，被冰包裹的土集合体的分割、压缩就越甚。年复一年，土集合体越来越破碎，互相分离得越来越远，最后使得土颗粒和集合体看起来好像悬浮在冰中，形成斑杂状冷生构造。当含冰量增加到一定程度，破坏了互相连通的未冻水网格时，仍可由冰的自净作用而继续提高其含冰量。再加上地表有堆积，地下冰以共生方式生长，大厚度的高含冰量冻土层则得以形成。
由于重复分凝成冰机制综合考虑了自然界客观存在的多种作用，发现了未冻水的不等量迁移规律，从而揭示了厚层地下冰形成的本质。这一理论上的重大突破，为发展正冻土和已冻土中水分迁移和成冰作用的研究，以及开拓一个新的研究领域——正融土中水分迁移和成冰作用，做出了杰出贡献。
程国栋首先于1979年的学术报告中提出这一假说，1981年正式发表，在世界科学论坛引起很大反响。许多冻土学家给予很高的评价：“程国栋为这一过程给出了杰出的冻土构造证据和现象的语言模型”，是最近冰缘水文学中的一个“重要进展”，也是活动层过程研究中的“重要新进展”，“有许多冻土学意义”等等，被称之为“程氏假说”。
程国栋并不满足于理论上的成功，他亲自设计实验来验证它，实验结果令人兴奋。加拿大冻土学者于1983～1985年在育空地区试验场上专门进行了观测试验，试验中应用了中子测水、氚分析和现场模拟等多种手段，得出的结论是：“野外剖面与程氏假说相同”，“氚观测剖面支持了程氏关于多年冻土区重要的近地面地下冰的成因机制”。莫斯科大学Е.Д.Ершов等（1986）教授报道了水分场、温度场、应力场和冷生构造的综合观测结果，也证实了这一机制。1990年加拿大的E．Perfect将未冻水的不等量迁移规律用于冰中的颗粒迁移，提出了冰自净作用的数学模型。近年来，人们还用这一假说来解释夏季冻胀、成型土的生长、多年冻土上部的水汇作用等冻土和水文现象，表明程氏假说在寒区具有普遍意义。程氏假说已被写入加拿大1989年出版的《冻土：冻土学原理》一书。
除程氏假说外，程国栋在其它冻土学理论问题与重大工程应用问题上也有许多建树，他是个多成就的科学家。
1993年，在北京举行的第六届国际冻土学会议上，程国栋被推举为国际冻土协会主席。同年，当选为中国科学院院士。