W roku 1934 został wybrany do Académie des sciences.

Zajmował się głównie magnetyzmem, ultradźwiękami oraz efektami relatywistycznymi. W roku 1913 zasugerował, że różnice między masami jąder atomowych są wynikiem różnych energii wewnętrznych tych jąder. Jego prace nad spowalnianiem szybkich neutronów poprzez zderzenia z atomami okazały się nieocenione dla budowy pierwszych reaktorów badawczych.

W czasie I wojny światowej w 1918 zbudował, opierając się na teorii piezoelektrycznej Pierre'a Curie, piezoelektryczny generator ultradźwiękowy (hydrolokator aktywny) do namierzania łodzi podwodnych. Hydrolokator aktywny, urządzenie podobne do echosondy, wysyła specjalną wiązkę ultradźwięków, która następnie odbita od przeszkody wraca do urządzenia. Na podstawie jej charakterystyki (szybkość poruszania się w wodzie) można z dużą dozą dokładności określić napotkany przez nią obiekt.

Działalność społeczna Langevin angażował się w działalność antynazistowską, rozwijał też ruch racjonalistyczny we Francji. W 1930 był inicjatorem Unii Racjonalistycznej (obecnie na jej czele stoi wnuczka Marii Skłodowskiej-Curie).