程頤比程顥小壹歲，天賦不亞於兄長，甚至自幼就有非禮不動的覺悟。14歲那年，兄弟倆壹起跟從周敦頤學習，都受到很大的影響。程頤18歲時入太學讀書，著名學者胡璦以“顏子所好何學論”為題目考學生。因為周敦頤常教人尋孔顏樂處，胡璦該題目正是程頤所長，於是作《顏子所好何學論》中指出顏子之學是“學以至聖人之道”。胡璦看了程頤的文章後，大為驚訝，並讓這位剛入學的學生擔任教學工作。此後，同學對程頤行對待老師之禮。
太學教學數年，程頤名氣日增，不少學子從四方而來專門向他求學。24歲，程頤就自立門戶在京師開封開班授徒。奇怪的是，他居然壹直未考中進士，後來便絕意仕途，潛心學問。曾經多次有人舉薦程頤做官，被他壹壹謝絕。功夫不負有心人，二程壹起創立影響深遠的“天理”學說，開創洛學學派。
程頤對《易經》很有研究，曾經在開封相國寺講《易經》的張載也自嘆弗如，第二天便不再開講。他著有《周易傳》（後人稱《伊川易傳》），是易學發展中承前啟後的重要著作。程頤以儒家義理去解釋易，使易學脫離玄學，並影響了朱熹的易學。
宋神宗熙寧五年（1072年），二程在嵩陽講學。兄弟二人雖然以二程並稱，不過兩人給人的感覺很不同，程顥是“春風和氣”，程頤是“整齊嚴肅”，二程學說上的區別與他們的性格不無關系。在後人把二程語錄合編的《二程遺書》中，統壹用“程子”，而沒有說清是程顥說還是程頤說。不過，由於二程的學說有較大的區別，壹般不難區分。事實上，二程早年學說上的區別不明顯，不過程頤比兄長長壽21年，其學說在後期獨自鉆研中有所轉變。
程顥喜歡講融通合壹，不在意體用、形而上形而下的區分，程頤則講體用二分；程顥主張求內尊德性，認為心性“不可外求”，又說“何必讀書，然後為學”，程頤則重視知識的積累與貫通，認為“凡在壹物上有壹理，須是窮其理”，應該在向外求物理的過程中認識心中的理，是為內外結合。程顥的學說被心學壹派發展，程頤的學說則被朱熹繼承和發展成“程朱理學”。
有個名叫楊時的進士，因為仰望二程的學問，於是毅然放棄做官，先後拜程顥與程頤為師。某壹日，楊時和他的朋友遊酢壹起去拜見程頤，正巧程頤在家中閉目靜坐。兩人便恭敬侍立壹旁，等！剛好在他們開始等的時候，外面下雪了。當程頤睜開眼睛時，門外的雪已經積了壹尺多厚了。後人把這件事稱為“程門立雪”。
王安石變法失敗後，程頤被任命為當皇帝的老師。然而，整齊嚴肅的程頤難以讓當時年紀尚小的宋哲宗趙煦喜歡。第壹天去上課，老師看見學生沒有主動打招呼，即時板起臉孔。又有壹次，哲宗隨手折了壹根柳枝，程頤責怪說：“春天萬物生長，不可隨便折斷柳枝，以免傷天地之和。”後來，有些大臣也希望把程頤“放還田裏，以示典刑”。程頤於是告老還鄉，在洛陽繼續講學。
王安石為首的新黨於北宋紹聖三年（1096年）再度執政，程頤無辜被貶到四川，四年後才被赦免而回到洛陽。幾年後，由於被汙蔑誹謗朝政，這位大儒的講學和著書受到嚴重影響，只好從洛陽回到程村居住，直到北宋大觀元年（1107年）因病去世。
“千秋萬歲名，寂寞身後事。”南宋嘉定十三年（1220年），朝廷賜謚程顥為“純公”，程頤為“正公”。理宗淳祐元年（1241年），又追封程顥為“河南伯”，程頤為“伊川伯”，並“從祀孔子廟庭”。元、明、清三代，朝廷對二程皆有表彰，明宗景泰六年(1455年) ，朝廷更稱贊二程“闡明正學，興起斯文，本諸先哲，淑我後人”，當然，這是二程當之無愧的。清康熙二十五年（1686年），朝廷把二程進儒為賢，位列孔子及門下、漢唐諸儒之上。
程顥壹生未有著作，程頤則著有《周易傳》、《遺書》、《文集》、《經說》等。後人又把程頤的著作和二程的語錄編成《二程全書》，包括《二程遺書》、《二程外書》、《明道先生文集》、《伊川先生文集》、《伊川易傳》、《程氏經說》、《二程粹言》等。
“陰陽，氣也。氣是形而下者，道是形而上者。”程頤認為離開陰陽就不能見道，但是道不是陰陽，道是“所以陰陽者”。理是陰陽、天地萬物的所以然。
“理無獨必有對”是程頤的名言，這是宇宙萬物的動力與基本法則，懂得這個法則就是“知道者”。“格物”即“窮理”——“在物為理”（每壹物都有作為其所以然的特殊的理），因而格物就是認識理。格物的方法和途徑是多樣的，由內也有外，格物積累到壹定階段就會產生質的飛躍，達到對天理的認識。程頤的格物論後經過朱熹的發展成為宋明理學最有影響力的理論之壹。
《西銘》與墨子區別的時後，程頤無意中提出了宋明理學其中壹個最常見的命題“理壹分殊”。他說：“《西銘》明理壹而分殊，墨氏則二本而無分。”“理壹分殊”後來也得到朱熹的闡發。
“體用壹源，顯微無間”是程頤提出並廣為後世理學家引用的著名命題。他在解釋《易經》的《易傳序》中指出：“理無形也，故因象而明理。”理雖然是無形的，但是可以通過象顯示出來。因此，理是體，象是用，理在象中，象顯示理，所以體用不離，理象合壹。程頤把這個命題推廣到宇宙萬物，認為事物都有理和事兩個方面，理是所以然，事是表面的形跡，理是體是微，事是用是顯，二者壹致不可分離。對於人來說，“心”“寂然不動”的“未發”是指體而言，“感而遂通”的“已發”是指用而言。學者尹和靜讀完程頤的《易傳序》，對“至微者理也，至著者象也，體用壹源，顯微無間”壹句非常驚訝，認為這是“太泄露天機”之語。
程頤主張教育以道德為根本，說：“學者須先識仁。仁者藹然與物同體，義、智、信，皆仁也。”性（天命之性）本善是因為理，因而“性即理”。“性即理”指天理在人身上的體現，這個命題為儒家的倫理原則提本體論依據。修養在於“持敬”，“持敬”就要外在“整齊嚴肅”（衣冠端正，表情莊重，言行舉止合乎“禮”），內在“主壹無適”（專心於壹個地方，在用心時不要四處走作）。《宋史》這樣評價他：“學本於誠，以《大學》、《論語》、《孟子》，《中庸》為指南，而達於‘六經’。”