勒貝格的主要貢獻在測度論和積分論方面。他是勒貝格積分理論的創始人，其博士論文《積分、長度與面積》改進了波萊爾的測度理論，建立了「勒貝格測度」和「勒貝格積分」等概念，他採取先定義測度後定義積分的方法，在定義積分時又採取劃分值域而不是劃分定義域的方法，使積分歸結為測度，從而使黎曼積分的局限性得到突破，進一步發展了積分理論。他的工作是現代積分論的開端，並且成為傅立葉級數理論和位勢論發展的轉折點。他在《積分與原函數的研究》中，證明了有界函數黎曼可積的充要條件是其不連續點的集合為零測度集，從而解決了黎曼可積性的問題。他還指出了在勒貝格積分意義下微積分學基本定理的條件，研究了曲線可求長的理論，並發現了有界變差函數是幾乎處處可微的事實。在這些工作的基礎上，他又把微分、積分理論推廣到n維空間，推進更廣的積分概念的發展。