לב ויידמן חוקר יסודות תורת הקוונטים. מחקרו מתפרס על מגוון רחב של פעילויות: מעבודת מעבדה באופטיקה קוונטית ועד לכתיבה של מאמרים פילוסופיים על קיום עולמות מרובים.
המחקר מתמקד בצורות שונות של מדידות קוונטיות: מדידות ללא מגע, מדידות חלשות, מדידות של פונקציית גל של חלקיק יחיד, ומדידות לא לוקליות. ביחד עם פרופ' אהרונוב, הוא פיתוח של פורמליזם הדו-וקטורי לתיאור מלא של מערכות קוונטיות.
בתחום האינפורמציה הקוונטית לב ויידמן מפתח פרוטוקולים קריפטוגרפים בעזרת מצבים אורתוגונליים ובשיטות אחרות. חקר פרדוקסים מהווה כלי מחקרי מרכזי בעבודתו שמטרתה העמקת ההבנה של לוקליות ואקראיות בטבע.
