Является специалистом в области технологии машиностроения, повышения физико-механических характеристик рабочих поверхностей деталей машин после обработки высокоэнергетическими источниками тепла, автор 11 и соавтор 60 научных работ, в том числе 3 монографий и 2 патентов.Основным направлением научной деятельности Лебедева М.П. является исследование физико-механических характеристик изделий с покрытиями, нанесенными высококонцентрированными источниками энергии с использованием порошковых материалов. Лебедевым М.П. показано, что изменение параметров рабочего режима узла требует разработки технологии упрочнения поверхностей деталей машин с учетом градиента температуры и возникающих высоких напряжений в паре трения. Установлено, что применение в составе порошковой смеси покрытия твердосмазочных добавок графита при использовании соответствующей технологии позволяет 3 – 4 раза снизить уровень напряжений второго рода с одновременным повышением износостойкости до 2 раз по сравнению с традиционной технологией. Дополнено представление о механизме зарождения и развитии разрушения в поверхностных слоях пар трения качения при отрицательных климатических температурах. Предложены пути предотвращения разрушений сколом изделий, связанных с уменьшением релаксационного объема при усилении силовых постоянных кристаллической решетки.
Лебедевым М.П. впервые разработан сопряженный процесс оплавления покрытия при формировании покрытия и установлены его технологические параметры. Выявлено, что управление процессом возможно путем варьирования температуры подогрева основы и тепловым воздействием потока двухфазной плазменной струи в зависимости от скорости перемещения плазмотрона и формируемой толщины покрытия. Разработан комплекс технологических решений и новые порошковые материалы для нанесения покрытий с последующей термической обработкой, обеспечивающий формирование износостойких поверхностей трения, предназначенных для использования в широком диапазоне рабочих температур и при высоких контактных нагрузках.
Работы Лебедева М.П., выполненные за последние 5 лет, связаны с вопросами определения оптимальных составов защитных покрытий и установлением определенных технологических режимов получения изделий.