Od lat 70. XX wieku Weiss koncentrował swoje wysiłki na opracowaniu detektora LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Kluczowym elementem tego urządzenia jest zastosowanie technologii laserowej do mierzenia minimalnych zmian długości ramion interferometru, spowodowanych przez fale grawitacyjne. Weiss wniósł fundamentalne wkłady w rozwój tego systemu, w tym koncepcje projektowe i techniczne rozwiązania umożliwiające osiągnięcie wymaganej precyzji pomiarów.
Przełomowym momentem w historii badań nad falami grawitacyjnymi było ich pierwsze bezpośrednie wykrycie w 2015 roku dzięki detektorowi LIGO. Osiągnięcie to nie tylko potwierdziło teoretyczne przewidywania Einsteina, ale także otworzyło nową dziedzinę w astrofizyce, umożliwiając badanie kosmosu za pomocą "astronomii fal grawitacyjnych".
Nagrody Wraz z Barrym Barishem i Kipem Thorne’em laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2017 roku za decydujący wkład w detektor LIGO i zaobserwowanie fal grawitacyjnych.
W 2016 r. za wkład w LIGO wraz z Thorne’em i Ronaldem Dreverem (zmarłym 27 marca 2017 r.