Как руководитель Дизельного института Л. К. Мартенс много работал над повышением культуры и точности научного эксперимента. В частности, он сконструировал и построил специальный прибор-анализатор, необходимый для динамических расчетов при проектировании двигателей. Прибор этот имел ряд больших преимуществ по сравнению с аналогичными приборами, существовавшими до этого, и вскоре получил признание у моторостроителей.
Значительный вклад был внесен Л. К. Мартенсом в изучение теории поршневых двигателей. В своей научной работе он тяготел к той области теории двигателей, которая занимается вопросами динамики двигателей внутреннего сгорания. И в этих вопросах, и, в частности, в вопросах так называемого гармонического анализа Л. К. Мартенс являлся одним из крупнейших советских специалистов.
После того как в 1932–1933 гг. Л. К. Мартенсом был прочитан в Военной академии курс лекций по теории двигателей, в свет выходит его книга «Динамика поршневых двигателей (силы инерции, уравновешивания и вибрации двигателей)». Книга эта представляла собой значительную ценность и для научных работников, и для инженеров, ибо до нее в нашей технической литературе почти не имелось ни теоретических, ни практических руководств по этому важнейшему вопросу современного машиностроения.
Растущее народное хозяйство страны настоятельно требовало максимального повышения квалификации и технической культуры инженеров, техников, рабочих. Между тем не только по машиностроению, но и по многим другим вопросам современной техники литературы явно не хватало. В связи с этим Л. К. Мартенс ставит вопрос о необходимости создания Технической энциклопедии, которая отразила бы с достаточной полнотой достижения современной науки и техники. Инициатива Л. К. Мартенса была поддержана многими советскими учеными и инженерами. И, после того как правительство принимает решение о создании «Технической энциклопедии», эта работа постепенно становится для Мартенса основной.
14 лет являлся Л. К. Мартенс главным редактором «Технической энциклопедии». За это время под его непосредственным руководством было издано 26 томов первого издания энциклопедии, 14 томов второго издания и 10 томов энциклопедического справочника. Сотрудники по этой работе поражались исключительно высоким знаниям Л. К. Мартенса как в области теоретической науки, так и практических технических знаний. Во всю эту работу Л. К. Мартенс вкладывал не только свои разносторонние знания и опыт, но и свою большую культуру, такт, человечность.
«При первой же встрече, — писал профессор Т. М. Мелькумов, — меня приятно поразил весь внешний и внутренний облик Людвига Карловича. Открытый, благородный человек, благожелательно относящийся к окружающим, человек широкого кругозора и высоких нравственных свойств, мягкий в обращении, принципиальный, умеющий отстаивать свою точку зрения, но способный слушать другого, — таков образ Людвига Карловича Мартенса, каким он сложился во мне за сравнительно долгий период нашего знакомства с 1932 г. до конца его дней».