Леонид Исаакович Мандельштам родился 22 апреля 1879 года в Могилёве в семье врача. С раннего возраста проявлял интерес к физике и математике. В 1897 году поступил на физико-математический факультет Новороссийского университета (ныне Одесский университет). После учёбы в России продолжил образование в Германии, где работал под руководством Макса Борна и других ведущих учёных своего времени. Его учёба и работа за границей заложили основы будущих исследований в области колебаний и теоретической физики.
Одним из самых значимых достижений Мандельштама стало открытие явления, известного как эффект комбинационного рассеяния света (эффект Рамана — Мандельштама). Это явление заключается в изменении частоты света при его рассеянии в среде, что стало важным вкладом в квантовую теорию света и физику молекул. Мандельштам также внёс важные открытия в области теории колебаний, совместно с Н. Д. Папалекси разработав методы анализа нелинейных и резонансных колебаний, что сыграло ключевую роль в развитии радиофизики.
Леонид Исаакович Мандельштам внёс огромный вклад в развитие физики колебаний и квантовой теории. Его исследования в области радиофизики и оптики оказали значительное влияние на развитие науки XX века. Мандельштам также внёс важные теоретические достижения в понимание процессов в нелинейных системах, исследуя автоколебания и резонансы. Его работы помогли развить научные основы для радиоэлектроники и оптики, что впоследствии привело к созданию множества технологических достижений, таких как радары и лазеры.
Мандельштам оставил большое количество научных трудов, многие из которых остаются актуальными до сих пор. Среди его работ выделяются исследования по теории колебаний, теории рассеяния света и квантовой оптике. Мандельштам также был выдающимся педагогом и руководителем, воспитавшим целое поколение талантливых физиков, среди которых был Игорь Тамм, который впоследствии стал лауреатом Нобелевской премии. Его работы и научное наследие продолжают влиять на развитие современных исследований в области физики и техники.