W 1895 roku Lebiediew wygenerował fale milimetrowe o częstotliwości 50 GHz za pomocą oscylatora iskrowego. Lebiediew wykrył te fale za pomocą termopary i wykazał zjawiska załamania, dyfrakcji oraz polaryzacji. Lebiediew rozszerzył eksperymenty Hertza na fale milimetrowe, wykorzystując elementy quasioptyczne. W 1899 roku Lebiediew jako pierwszy zmierzył ciśnienie światła wywierane na ciało stałe. Pomiary Lebiediewa pozwoliły na ilościowe potwierdzenie przewidywań teorii Maxwella. W 1909 roku Lebiediew potwierdził, że ciśnienie światła na gazie jest zgodne z przewidywaniami Maxwella. Lebiediew stworzył pierwszą rosyjską szkołę naukową. W latach 1887–1891 Lebiediew uzyskał doktorat w Strasburgu pod kierunkiem Kundta. Lebiediew pracował na Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym od 1891 roku pod kierunkiem Stoletowa. W 1901 roku Lebiediew został profesorem MSU. W 1911 roku Lebiediew odszedł z MSU w proteście przeciwko polityce ministerstwa. W 1911 roku Lebiediew odrzucił propozycję profesury w Sztokholmie. Lebiediew zmarł w 1912 roku na skutek dziedzicznej choroby serca.