Основные труды Питаевского посвящены физике низких температур, физике плазмы, квантовой механике, макроскопической электродинамике, теории металлов и другим направлениям. Построил новую теорию сверхтекучести вблизи точки фазового перехода вещества. Показал необходимость перехода жидкого гелия-3 в сверхтекучее состояние при достаточно низких температурах.
Родился в семье преподавателя, позже декана промышленного факультета Саратовского планового института и проректора по научной и учебной работе Саратовского экономического института Петра Ивановича Питаевского (1898—1971). Окончил Саратовский университет в 1955 году. Ещё во время обучения в университете сдал теоретический минимум Л. Д. Ландау, который пригласил Питаевского после окончания курса в аспирантуру Института физических проблем. После окончания аспирантуры с 1958 года Лев Петрович продолжил работу в институте и прошёл путь от младшего до главного научного сотрудника, а в 1988—1992 годах был заведующим теоретическим отделом.
В 1976 году Питаевский был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1990 году — действительным членом АН СССР.
Зам. главного редактора журнала «Успехи физических наук».
В 1958 году совместно с Виталием Гинзбургом предложил полуфеноменологическое обоснование сверхтекучести вблизи фазового перехода. В 1959 году предсказал необходимость перехода гелия-3 в сверхтекучее состояние.
Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Теоретическая физика. — М.: Наука, 1968. — Т. IV. Релятивистская квантовая теория. Часть 1. — 480 с.
Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Теоретическая физика. — М.: Наука, 1971. — Т. IV. Релятивистская квантовая теория. Часть 2. — 287 с.
Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Теоретическая физика. — Издание 2-е. — М.: Наука, 1974. — Т. IV. Квантовая электродинамика. — 704 с.
Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Теоретическая физика. — Издание 3-е, исправленное. — М.: Наука, 1989. — Т. IV. Квантовая электродинамика. — 720 с. — ISBN 5-02-014422-3.
Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Теоретическая физика. — Издание 4-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2002. — Т. IV. Квантовая электродинамика. — 720 с. — ISBN 5-9221-0058-0.
Том IX. Теория конденсированного состояния
Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Статистическая физика. Часть 2. Теория конденсированного состояния. — М.: Наука, 1951. — 480 с. — («Теоретическая физика», том IX).
Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Статистическая физика. Часть 2. Теория конденсированного состояния. — М.: Наука, 1978. — 448 с. — («Теоретическая физика», том IX). — 40 000 экз.
Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Статистическая физика. Часть 2. Теория конденсированного состояния. — М.: Физматлит, 2004. — 496 с. — («Теоретическая физика», том IX).
Том X. Физическая кинетика
Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Физическая кинетика. — М.: Наука, 1979. — 528 с. — («Теоретическая физика», том X). — 50 000 экз.
Храмов Ю. А. Питаевский Лев Петрович // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука, 1983. — С. 215. — 400 с. — 200 000 экз.