Американский биолог. Учился в университетах Берлина, Мюнхена и Страсбурга. В 1884 получил степень магистра. В 1886–1888 был ассистентом Вюрцбургского университета, в 1889–1891 преподавал в Страсбургском университете. Зимние месяцы 1890 и 1891 провел в Италии, на зоологической станции в Неаполе.
В 1891 переехал в США. Преподавал биологию в колледже Брин-Мор; в 1892–1902 – профессор физиологии и экспериментальной биологии Чикагского университета, в 1902–1910 – Калифорнийского университета. В 1910 возглавил отдел экспериментальной биологии Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, где работал до конца жизни.
Широко известны работы Лёба по искусственному партеногенезу – развитию яйцеклетки без оплодотворения, под действием физических или химических факторов. Проводя эксперименты по искусственному оплодотворению, Лёб получил гибриды видов, никогда не скрещивающихся в естественных условиях. Разработал физико-химическую теорию регенерации тканей, исследовал действие солей на живую клетку, в частности на развивающуюся яйцеклетку. Заложил основы ионной теории возбуждения. Исследовал влияние температуры на продолжительность жизни животных, показал, что низкие температуры способствуют ее увеличению. Занимался изучением поведения белков в растворе.
Среди многочисленных работ Лёба – Исследования по общей физиологии (Studies in General Physiology, 1905); Механистическая концепция жизни (The Mechanistic Conception of Life, 1912); Искусственный партеногенез и оплодотворение (Artificial Parthenogenesis and Fertilization, 1913); Вынужденные движения, тропизмы и поведение животных (Forced Movements, Tropisms and Animal Conduct, 1918); Регенерация (Regeneration, 1924). Лёб основал «Журнал общей физиологии» («Journal of General Physiology»).