Работы Ланжевена посвящены ионизации газов, квантовой теории, теории относительности, ультраакустике, магнетизму. В 1925 Ланжевен построил мощный излучатель высокочастотных акустических колебаний, сконструировал подводный ультразвуковой кварцевый передатчик. Известны работы Ланжевена в области электродинамики, электронной и квантовой теории. В 1906 он независимо от Эйнштейна установил связь между массой и энергией, первым пришел к понятию дефекта массы (1913).

Ланжевен – один из активных деятелей Лиги прав человека (в последние годы жизни – ее президент). Принимал активное участие в защите Дрейфуса, в работе организованного в 1933 Амстердамского антифашистского комитета. Создал научную школу (Л. де Бройль, Ф.Жолио-Кюри, Ф.Перрен и др.).

Умер Ланжевен в Париже 19 декабря 1946.