Докторська дисертація Ленглендса присвячена здебільшого аналітичній теорії напівгруп, але незабаром після її захисту він почав працювати в області теорії зображень, знайшовши застосування нещодавніх результатів Харіш-Чандри[en] до теорії автоморфних форм. Потім, через кілька років, він побудував загальну аналітичну теорію рядів Ейзенштейна для редуктивних груп довільного рангу. Як додаток до цієї теорії він довів гіпотезу Вейля про числа Тамагави[en] для широкого класу однозв'язних груп Шевалле над раціональними числами.
Як другий додаток, Ленглендсу вдалося довести мероморфну функцію певного класу L-функцій, що з'являються в теорії автоморфних форм. У січні 1967 року він пише листа Андре Вейлю, в якому коротко описує те, що пізніше стали називати «гіпотезами Ленглендса». Вейль передрукував лист, і друкована версія деякий час циркулювала серед математиків, які цікавилися цими темами. Зокрема, у цьому листі вперше з'являється визначення L — групи і так званий «Принцип функторіальності». Завдяки введенню Ленглендсом цих визначень (а також завдяки усвідомленню важливості деяких уже існуючих понять) багато проблем, що здавалися до того нерозв'язними, вдалося розбити на декілька простіших частин. Наприклад, ці визначення сприяли повнішому дослідженню нескінченновимірних представлень редуктивних груп.
Функторіальность — це гіпотеза про те, що автоморфні форми різних груп пов'язані між собою за допомогою відповідних їм L — груп. У книзі, написаній Ленглендсом спільно з Ерве Жаке[en], представлена теорія автоморфних форм для загальної лінійної групи У цій книзі доводиться теорема про відповідність Ерве-Ленглендса[en], що показує, яким чином функторіальность пов'язує автоморфні форми для з автоморфними формами для алгебр над кватерніонами. Загальна гіпотеза функторіальності ще далека від доведення, проте один її окремий випадок (октаедральний випадок гіпотези Артина[en], доведений Туннеллом в 1981 році[7]) був початковою точкою для часткового доведення теореми про модулярність, проведеного Ендрю Вайлсом, після чого була доведена Велика теорема Ферма.
З середини 1980-х років Ленглендс почав більше цікавитися проблемами фізики, особливо питаннями перколяції і конформної інваріантності. В останні роки його увагу знову повернулося до теорії автоморфних форм, а саме, до теми, яку називають «ендоскопією».
У 1995 році Ленглендс вирішив опублікувати практично всі свої роботи в Інтернеті. Зокрема, було опубліковано копію його листа Вейлю.