Ледерман совместно с Мелвином Шварцем и Джеком Стейнбергером получил Нобелевскую премию в 1988 году. Экспериментально мюонное нейтрино они обнаружили в 1962 году, а гипотеза о существовании частицы появилась еще в 1940 годах.
Ученый также известен как автор словосочетания "частица бога", которым он назвал бозон Хиггса. Этот термин часто упоминается СМИ, хотя он неоднократно критиковался.