Литуанистика, славистика, сравнительное языкознание. Автор фундаментальных словарей по истории русского языка.

Ботаник, специалист в области изучения дикой кормовой флоры, пастбищного и лугового хозяйства. Выявил несколько сотен видов растений, которые можно ввести в культуру в качестве кормовых.

Врач-гигиенист. Автор около 100 публикаций. Занимался гигиеной водоснабжения и воздушной среды, военной и курортной гигиеной.

Л. – специалист по истории России XVI-XVIII вв., а также по истории русского права. Одна из крупнейших его работ - «Земские соборы древней Руси сравнительно с западноевропейскими представительными учреждениями». В данном исследовании Л. поставил задачу углубить начатый В.И.Сергеевичем сравнительный анализ российских и западных представительных учреждений. Главное отличие между ними Л. видит в следующем: в XVII в. в российском обществе не сформировалось многочисленного аристократического слоя, как в Европе, и поэтому Московское государство сохранило наиболее простые формы народных собраний, в которых участвовало все свободное население страны. Исчезновение веча Л. относил к XIII в. (в Новгородской и Псковской земле – XVI-XVII вв.), при этом в России в отличие от европейских стран не было переходных форм между региональным (вече) и государственным (Земский собор) народными собраниями. Отдельно Л. издал материалы, использованные им при написании данной работы. Содержание докторской диссертации «Законодательные Комиссии в XVIII в.» охватывает период от правления Петра I до создания Уложенной комиссии при Екатерине II.

Этнография и культура народов Поволжья. Религиозные верования и мифология чувашей.

Физик, оптик, изобретатель. Занимался изучением влияния термической обработки на свойства стекол. Специалист по светолокации, разрабатывал интерференционные методы. Создатель советского электронного микроскопа. Измерял прозрачности туманов в ходе Эльбрусской экспедиции.

Биология, микрокиносъёмка. Научные работы посвящены вопросам строения простейших организмов, научной кинематографии. Соединил кинокамеру с микроскопом и разработал метод микрокиносъемки, позднее и технику замедленной микрокиносъемки. В 1912 году, применив свой метод, впервые создал фильм об инфузории. Положив начало производству отечественных научно-популярных картин по естествознанию.

Гидрология. Составитель карт среднего годового и меженного стока.

Научные исследования С.В. Лебедева принадлежит к 3-м циклам: 1) Цикл работ по полимеризации непредельных соединений 2) Цикл работ по катализу и каталитическому присоединению водорода к непредельным соединениям 3) Работы по синтезу каучуков. Впервые получил образец синтетического бутадиенового каучука, разработал промышленный способ получения резины и резинотехнических изделий. С 1932 г. по разработанной Л. технологии в СССР впервые в мире начала создаваться промышленность синтетического каучука.

Благородные металлы и сплавы на их основе.