Foto-elektrisch onderzoek
Lenard begon met de studie van kathodestralen in 1888. Deze stralen werden gemaakt in eenvoudige, gedeeltelijk geëvacueerde glazen buizen. Binnenin bevonden zich metalen elektroden waarover een hoge spanning kon worden gezet. Het was moeilijk om de stralen in de afgesloten glazen buizen te bestuderen. Ze waren moeilijk toegankelijk en er bevonden zich nog steeds luchtmoleculen in de buizen. Lenard was in staat kleine metalen vensters in het glas te maken, dik genoeg om de druk te weerstaan, maar dun genoeg om de stralen door te laten. Hij kon de stralen naar buiten het laboratorium in leiden, of naar een andere kamer die geheel luchtledig was. Deze ramen staan nu bekend als Lenard-ramen. Hij kon de stralen gemakkelijk detecteren en de intensiteit ervan meten met behulp van vellen papier met een laagje fosforescerende stoffen.
Lenard zag dat de absorptie van kathodestralen evenredig was met de dichtheid van het materiaal waar zij doorheen gingen. Dit was tegengesteld aan het idee dat zij een soort elektromagnetische straling waren. Hij toonde ook aan dat de stralen door de lucht konden gaan en erdoor verstrooid leken te worden. Dit betekende dat het deeltjes moesten zijn die nog kleiner waren dan de moleculen in de lucht. Hij bevestigde een deel van het werk van J.J. Thomson, en daaruit bleek dat kathodestralen stromen van negatief geladen energetische deeltjes waren. Hij noemde ze quanta van elektriciteit of kortweg quanta, naar Helmholtz. J.J. Thomson had ze corpuskels genoemd, maar elektronen werd de alledaagse term. Lenard gebruikte deze kennis, samen met de resultaten van zijn en andermans vroegere experimenten over de absorptie van de stralen in metalen. Hij toonde aan dat elektronen onderdelen van het atoom waren. Lenard werkte uit dat atomen voor het grootste deel uit lege ruimte bestonden. Hij zei dat elk atoom bestaat uit lege ruimte en elektrisch neutrale lichaampjes, "dynamiden" genoemd, die elk bestaan uit een elektron en een gelijke positieve lading.
Hij experimenteerde met een Crookes buis. Hij toonde aan dat de stralen geproduceerd door het bestralen van metalen in een vacuüm met ultraviolet licht als kathodestralen waren. Hij ontdekte dat de energie van de stralen onafhankelijk was van de lichtintensiteit, maar groter was voor licht met kortere golflengten.
Albert Einstein verklaarde dit als een kwantumeffect. Volgens deze theorie zou de kromme van de kathode-energie ten opzichte van de frequentie een rechte lijn zijn met een helling gelijk aan de constante van Planck, h. Dit werd enkele jaren later bewezen. Einstein kreeg de Nobelprijs voor natuurkunde voor deze theorie. Lenard was niet blij met de aandacht voor Einstein. Hij geloofde niet in Einsteins theorieën, waaronder de relativiteit. Hij was het echter wel eens met Einsteins verklaring van het foto-elektrisch effect.
Lenard ontving de Nobelprijs voor natuurkunde 1905 als erkenning voor dit werk.
Meteorologische bijdragen
Lenard was de eerste die in 1892 bestudeerde wat nu het Lenard-effect wordt genoemd. Dit is de scheiding van elektrische ladingen die verband houdt met het aërodynamisch uiteenvallen van waterdruppels. Het staat ook bekend als nevelelektrificatie of het watervaleffect.
Hij bestudeerde de grootte en de vorm van regendruppels. Hij bouwde een windtunnel waarin waterdruppels een paar seconden konden worden stilgehouden. Hij ontdekte dat grote regendruppels geen traanvorm hebben, maar eerder de vorm van een broodje hamburger.
