Физиолог, биохимик, академик АН СССР (1939) и АМН СССР (1944), создатель концепции гематоэнцефалического барьера.
В 1925-1948 гг. заведовала кафедрой физиологии 2-го Московского медицинского института, одновременно руководила отделами биохимии в Московском институте инфекционных болезней (1926-1928) и в Московском медико-биологическом институте (1926-1930), отделом возрастной физиологии Института охраны материнства и младенчества (1930–1936) и отделом физиологической химии Всесоюзного института экспериментальной медицины (1935-1938). Организатор и первый директор (1929-1948) Института физиологии АН СССР. В 1943 г. Л.С. Штерн была удостоена Сталинской премии второй степени. В 1949 г. репрессирована по «делу Еврейского антифашистского комитета». В 1953 г. амнистирована, реабилитирована в 1958 г. С 1954 г. и до конца жизни - заведовала отделом физиологии Института биофизики АН СССР.
Скончалась Л.С. Штерн 7 марта 1968 года, похоронена в Москве на Новодевичьем кладбище (6 уч. 36 ряд).
