Allerede som medicinstuderende udviklede han Lambertsen Amphibious Respirator Unit, et lukket system ved oxygen og forsynet med en kuldioxid-filter. Enheden blev oprindeligt afvist af den amerikanske flåde, men i 1942 var den i brug af de amerikanske styrker.

Året efter blev det første åbne system skabt i Europa af franskmanden Jacques Cousteau og fransk-canadiske Emile Gagnan.

I forbindelse med hans design arbejdede Dr. Lambertsen, der selv var ivrig dykker, for Office of Strategic Services, forløberen for CIA gennem anden verdenskrig. Hans enheder forblev i brug af de amerikanske styrker i endnu tre årtier.

Han er også krediteret for at have opfundet begrebet 'scuba', som første gang optrådte i en rapport til National Academy of Sciences i 1952. som han var medforfatter til National Academy of Sciences i 1952. I rapporten benytter Lambertsen self-contained underwater breathing apparatus, og forkortelsen scuba er blevet almindelig udbredt.

Efter krigen arbejdede Dr. Lambertsen ved University of Pennsylvania School of Medicine. Han blev professor i farmakologi og havde en særlig interesse i luftvejene og dykkefysiologi.