Ледерман спільно з Мелвіном Шварцем і Джеком Стейнбергером отримав Нобелівську премію у 1988 році. Експериментально мюонне нейтрино вони виявили у 1962 році, а гіпотеза про існування частки з'явилася ще у 1940 роках.
Вчений також відомий як автор словосполучення "частинка бога", яким він назвав бозон Хіггса. Цей термін часто згадується ЗМІ, хоча він неодноразово критикувався.