Został zapamiętany jako pasjonat swojej dyscypliny naukowej z duszą poety i wybitny dydaktyk – charyzmatyczny wykładowca i uczestnik żarliwych debat. Debata telewizyjna Timothy Leary v. Jerome Lettvin na temat LSD, która odbyła się w roku 1967 w MIT i była transmitowana przez telewizję, została zapamiętana jako wydarzenie historyczne, zwane LSD Debate
Badania naukowe Oko żaby Przedmiotem najbardziej intensywnych badań J. Lettvina były procesy zachodzące w nieruchomym oku żaby, reagującym na szybki ruch drobnych obiektów w polu widzenia. Badania były częściowo kontynuacją prac H. Barlowa, który pierwsze prace na temat funkcji pojedynczych neuronów w siatkówce oka opublikował już w roku 1943 (w roku 1953 ukazały się np. prace Summation and inhibition in the frog's retina i Action potentials from the frog's retina). Horace Barlow wykazał m.in. że w siatkówce oka żaby, rejestrującej obiekt przypominający żuka, następuje silna aktywizacja pojedynczych receptorów, które pełnią funkcje behawioralne – wywołują zainteresowanie spostrzeżonym obiektem jako pokarmem („Bug Detectors”). Waga odkrycia polegała przede wszystkim na wykazaniu, że procesy, prowadzące do rozpoznawania bodźców na podstawie ich specyficznych cech, mogą zachodzić poza mózgiem.