Навуковыя працы па вывучэнні тэрмічных эфектаў у газах, тэрмаіоннай эмісіі, хімічных рэакцый пры высокіх тэмпературах і нізкім ціску, паверхневых з’яў (адсорбцыя, монамалекулярныя слаі і інш.). Атрымаў малекулярны вадарод і распрацаваў працэс зваркі металаў у яго полымі (1911). Прапанаваў формулу для шчыльнасці эмісійнага току (1913; формула Ленгмюра), ураўненне ізатэрмы адсорбцыі (ізатэрма Ленгмюра).