Последний труд Леонида (Кавелина), как отмечал архимандрит Иннокентий (Просвирнин), «представляется прямым завещанием подвижника науки будущим исследователям, которым многое ещё предстоит сделать в научной разработке русской агиографии». Леонид (Кавелин) владел классическими, а также новогреческим, польским, французским, немецким, английским, турецким, арабским языками, был автором около 300 научных работ, состоял членом различных академий и обществ (почётный член Московской духовнй академии, член Сербского учёного общества в Белграде (1862 г.), член-корреспондент Императорской археографической комиссии (1863 г.); действительный член Императорского Московского общества истории и древностей российских (1867 г.), действительный член Московского общества любителей духовного просвещения (1869 г.), действительный член археологических обществ в Санкт-Петербурге и Москве (1870 гг.), Православного Палестинского общества (1882 г.), член-корреспондент Императорской Академии наук по отделению русского языка и словесности (4 декабря 1882 г.). За заслуги перед Отечеством в 1873 г. Леонид (Кавелин) был награждён орденом святой Анны второй степени с императорской короной, в 1877 г. – орденом святого Владимира четвёртой степени, в 1880 г. – орденом святого Владимира третьей степени. Научная деятельность Леонида (Кавелина) пришлась на эпоху, когда многочисленные рукописные источники по русской и православной славянской истории (и, прежде всего, средневековой) только вводились в исследовательский оборот. Поэтому в научном наследии Леонида (Кавелина) преобладают публикации неизвестных и малоизвестных текстов (в сопровождении исследований и без них) и описания рукописных собраний (в том числе труднодоступных в его время, в частности, афонских). Исследователи отмечают, что они выполнены, как правило, на уровне российской церковной науки XIX в., но большинство из них сохранило своё значение до настоящего времени, хотя бы уже в силу отсутствия более совершенных публикаций. Круг исследовательских интересов Леонида (Кавелина) отличался большой широтой, характерной, впрочем, и для многих его современников. Леонид (Кавелин) внёс значительный вклад в изучение афонских древностей, славянских монастырей Святой Горы. Его исследование роли Охридской архиепископии в церковной жизни и развитии культуры южных славян стало безусловно новаторским для своего времени и было особо отмечено Игнатием Викентьевичем Ягичем, вообще достаточно скупым на похвалы российской церковной науке. Напротив, работы Леонида (Кавелина), посвящённые происхождению и истории глаголицы, возникновение которой он связывал с хорватскими землями ввиду существования многовековой устойчивой глаголической письменной традиции в регионе, по мнению исследователей, трудно признать удачными даже для того времени. Интерес, проявленный Леонидом (Кавелиным) к изучению древностей Калужской земли, по праву сделал его одним из основателей местного краеведения. Леонид (Кавелин) проявлял заботу и о неизданном наследии своих предшественников, в особенности в области археографии. Его трудами были опубликованы описания рукописей библиотеки Троице-Сергиевой лавры иеромонахов Илария и Арсения (1878–1880 гг.) и собраний Иосифова Волоколамского, Новоиерусалимского Воскресенского, Саввина Сторожевского и Пафнутиева Боровского монастырей. Леонид (Кавелин) погребён со стороны алтаря лаврской Духовской церкви, к 2015 г. надгробие восстановлено. Библиотека и архив Леонида (Кавелина) после его смерти поступили в Троице-Сергиеву лавру, вместе с фондами которой поступили в Румянцевский музей (Российская государственная библиотека). Архив Леонида (Кавелина) хранится под №148, небольшое рукописное собрание выделено в отдельный фонд (№557). Наиболее полная (но неисчерпывающая) библиография сочинений Леонида (Кавелина) была опубликована в 1972 г.