Придавая важное значение развитию русского металлургического производства, занимавшего в 18 веке одно из ведущих мест в мире, Л. в 1763 опубликовал руководство «Первые основания металлургии или рудных дел», в котором подробно рассмотрел как свойства различных металлов, так и практически применяемые способы их получения. Вместе с тем Л. впервые здесь разработал физические условия «вольного» движения воздуха в рудниках и применил результаты этого анализа к процессам, происходящим в печах, работающих без принудительного дутья. Книга была выпущена огромным для того времени тиражом — 1225 экземпляров.
В 1758 Л. было поручено «смотрение» за Географическим департаментом, Историческим собранием, университетом и Академической гимназией при АН. Основной задачей Географического департамента было составление «Атласа Российского». Л. разработал обширный план получения как физико-географических, так и экономико-географических данных для составления «Атласа» с помощью организации географических экспедиций, а также обработки ответов на специальные анкеты, разосланные в различные пункты страны. Тесно связан с этими работами Л. его замечательный трактат «О сохранении и размножении российского народа» (1761), имеющий общественно-политический характер. В нём Л. предложил ряд законодательных и общественных мероприятий, направленных на увеличение народонаселения России путём повышения рождаемости, сохранения родившихся и привлечения иностранцев в русское подданство.
В «Рассуждениях о большой точности морского пути» (1759) Л. предложил ряд новых приборов и методов для определения долготы и широты места. В этом сочинении он впервые внёс предложение об организации международной Мореплавательской академии для совместного решения наиболее важных научно-технических проблем мореплавания. Л. исследовал морские льды и дал первую их классификацию. Он неоднократно подчёркивал политическую и хозяйственную важность для России освоения Северного морского пути. В 1762 —63 написал «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию», а в 1764 — «прибавление» к этой работе «О северном мореплавании на Восток по Сибирскому океану», сопроводив его «примерной» инструкцией «морским командующим офицерам». Он предвидел, что «России могущество будет прирастать Сибирью».
Русской историей Л. занимался ещё в 1749, но систематические исследования в этом направлении он начал с 1751, постепенно собрав по подлинным документам «Древнюю Российскую историю от начала Российского народа до кончины великого князя Ярослава Первого, или до 1054 года» (1—2 части), опубликованную в 1766, и «Краткий Российский летописец с родословием» (1760), представляющий собой перечень важнейших событий до эпохи Петра I включительно. Л. выступал с критикой норманской теории, отрицавшей самостоятельное развитие русского народа. Он признавал определённую роль народных масс в историческом процессе, однако, оставаясь в области истории, как и все естествоиспытатели-материалисты того времени, на идеалистических позициях, Л. решающую роль отводил деятельности отдельных исторических личностей.
С начала своей деятельности в АН Л. боролся за расширение и улучшение её работы как учебно-научного учреждения. Будучи назначен в 1757 советником Канцелярии АН, он разработал план реорганизации управления АН и подробный проект её устава. Петербургская АН, ставшая крупным научным центром Европы благодаря собранным в ней блестящим иностранным учёным, мало заботилась о создании самостоятельной российской науки. Л. предпринимал энергичные меры к устранению этого серьёзного недостатка в деятельности АН, уделяя особое внимание академическому университету и гимназии. Однако во всех начинаниях ему приходилось преодолевать препятствия, чинимые придворными и академическими кругами. Многие передовые организационные замыслы Л. остались поэтому неосуществленными или были осуществлены много позднее. Так, Л. долго и безуспешно добивался организации Петербургского университета, который был учрежден лишь более чем через полвека после смерти Л.
Подлинным преобразователем выступил Л. и в литературно-художественном творчестве; В. Г. Белинский назвал его «Петром Великим русской литературы». Новаторство Л. как поэта опиралось на глубокие традиции русской культуры, русского народного творчества, что особенно ярко сказалось в смелом преодолении непоследовательности той реформы русского стихосложения, которая была предложена в 1735 В. К. Тредиаковским. Силлабо-тоническая система стихосложения, в основных чертах сохранившаяся в русской поэзии до наших дней, теоретически обоснована Л. в «Письме о правилах российского стихотворства» (1739, опубликовано в 1778) и блестяще подтверждена его собственным поэтическим творчеством. Явившись создателем русской оды (первый образец её — ода «На взятие Хотина», 1739, опубликована в 1751), Л. придал этому традиционному в мировой литературе жанру высокое гражданственное звучание: «похвальная» по своему назначению, ода стала у Л. средством просветительской пропаганды достижений научной мысли и общественно-патриотических идей. Философские оды Л. высоко ценил А. С. Пушкин. Особое место в поэзии Л. занимает образ Петра I, претерпевающий характерную эволюцию, — от отвлеченно символической фигуры богоравного героя в одах 1740-х годов к конкретно-историческому изображению просвещённого монарха в незавершённой эпической поэме «Петр Великий» (1760). Важную роль сыграл Л. и в разработке таких поэтических жанров, как послание, идиллия, эпиграмма и других. Ему принадлежат трагедии «Тамира и Селим» (1750), «Демофонт» (1752). Широко распространялась в списках его сатира на реакционное духовенство «Гимн бороде» (1757).
Теоретическим обоснованием поэтической практики Л. были его фундаментальные филологические труды. В «Кратком руководстве к красноречию...» (1748) Л. утверждал, что чистота стиля зависит от основательного изучения грамматики русского языка и живой речи. В русском языке он видел «природное изобилие, красоту и силу...», не уступающие ни одному из европейских языков. «Российская грамматика» (1755, опубликована в 1757), первая подлинно научная грамматика русского языка, носила нормативный характер. Указывая употребление различных грамматических форм или различных вариантов одной формы, Л. связывал это с разными стилями литературного языка: одни возможны только в книжной речи, другие — в разговорной или в просторечии. Л. отметил также живые формы словоизменения. «Предисловие о пользе книг церковных в российском языке» (1758) — самая зрелая филологическая работа Л. В ней разрешены три проблемы: сочетание церковно-славянских и русских элементов в составе русского литературного языка; разграничение литературных стилей; классификация жанров. В основу своего трактата Л. положил 3 тезиса: в русском литературном языке из церковно-славянского языка должно остаться только то, что понятно и живёт в языке; из книжных источников должно сохраниться только то, что освоено народом в процессе многовековой практики и содержит запас слов, который удобен для выражения отвлечённых понятий; основной составной частью русского литературного языка, его первоосновой должна быть письменная и разговорная речь народа. В своих естественнонаучных произведениях и переводах Л. положил начало русской научной терминологии.
Л. был последовательным сторонником естественнонаучного материализма. Он полагал, что все явления природы имеют механический характер и следуют законам механики, однако, в отличие от своих современников, он не придерживался метафизических взглядов о неизменности и постоянстве мира и настаивал на эволюции всех естественных процессов в природе и постепенном изменении Вселенной и земного шара. Л. вёл резкую полемику с духовенством, разоблачая его невежество и четко отграничивая науку от религии.
Научное творчество Л. и его жизненный путь служат предметом исследований многих советских и зарубежных учёных. При институте истории естествознания и техники АН СССР организован музей Л. (Ленинград). В 1956 АН СССР учредила присуждение двух золотых медалей Л. — высшей награды АН СССР за выдающиеся работы в области естественных и общественных наук (одна из них присуждается советским учёным, другая — зарубежным). Именем Л. названы город в Ленинградской области, течение в Атлантическом океане, горный хребет на Новой Земле, подводный хребет в Северном Ледовитом океане, возвышенность на острове Западный Шпицберген.
