Âm nhạc của Led Zeppelin có nguồn gốc từ nhạc blues[12]. Những nghệ sĩ nhạc blues gạo cội người Mỹ như Muddy Waters và Skip James đều xuất hiện trong 2 album đầu tay của ban nhạc, bên cạnh phong cách country blues dễ thấy từ Howlin' Wolf[120]. Các ca khúc được viết chủ yếu theo 12-hợp-âm-nhạc-blues trong hầu hết các album phòng thu, trong khi bản thân nhạc blues ảnh hưởng chính tới cả giai điệu lẫn ca từ của ban nhạc[121]. Họ cũng chịu ảnh hưởng tới từ các nghệ sĩ folk kiểu mới từ Anh, Mỹ và cả âm nhạc Celtic[12]. Nghệ sĩ guitar người Scotland Bert Jansch đã ảnh hưởng rất lớn tới Page, giúp Page chơi nhiều hơn "open tuning"[gc 4] cũng như tạo ra những đoạn gằn dữ dội[26]. Ban nhạc cũng vay mượn nhiều thể loại âm nhạc khác như world music[12], rock 'n' roll, jazz, nhạc đồng quê, funk, soul và reggae, đặc biệt kể từ album Houses of the Holy[120].

Những chất liệu chính trong 2 album đầu tiên của Led Zeppelin được phát triển từ những giai điệu kinh điển của blues[12] và folk[125][126]. Phương pháp này giúp họ pha trộn giai điệu và ca từ giữa những ca khúc và ấn bản khác nhau, từ đó giúp họ định hình nên các đoạn chuyển, tạo nên những chất liệu mới song cũng khiến họ bị nhiều lời quy kết cho hành động đạo nhạc cũng như vi phạm bản quyền[125]. Phần giai điệu thường được viết trước, đôi lúc với sự hỗ trợ của ca từ và từ đó giúp họ viết nên những ấn bản khác nhau của ca khúc[126]. Kể từ khi chuyển tới Bron-Yr-Aur vào năm 1970, bộ đôi sáng tác Page và Plant đã chiếm vai trò chủ đạo khi Page sáng tác nên phần nhạc, chủ yếu qua chiếc đàn acoustic, trong khi Plant là người viết lời chính cho ban nhạc, Jones và Bonham bổ sung thêm các chất liệu khi chơi nháp hoặc trong phòng thu, góp phần giúp ca khúc phát triển[127]. Vào giai đoạn sau của sự nghiệp, Page dần lùi về trong khả năng sáng tác, trong khi Jones trở nên ngày một quan trọng trong vai trò sản xuất âm nhạc khi chủ yếu sáng tác cùng keyboard. Plant đôi lúc còn viết nên phần lời trước khi Page và Bonham phát triển phần của mình[128][129].

Phần ca từ thời kỳ đầu của ban nhạc chủ yếu được xây dựng từ những chi tiết blues và folk, nhiều lúc được trộn giữa các ca khúc khác nhau[130]. Nhiều ca khúc được viết theo những chủ đề lãng mạn, thất tình hay ham muốn tình dục vốn rất phổ thông trong nhạc pop, rock và blues[131]. Nhiều phần ca từ, đặc biệt trong những ca khúc được xây dựng trên nhạc blues, được phỏng theo cảm hứng ghét việc kết đôi[131]. Trong Led Zeppelin III, họ đưa thêm những yếu tố của thần bí học và thần học trong âm nhạc của mình[12], nhất là khi Page bắt đầu có thêm những mối quan tâm về thần thoại và lịch sử[132]. Những yếu tố trên chủ yếu phản ánh mối quan tâm của Page tới những chuyện thần bí, dẫn tới việc quy kết các ca khúc của họ có nội dung là lời nhắn tới Satan, nhiều trong số đó bị đồn đại có chứa những thông tin ngầm, vốn luôn bị ban nhạc và giới chuyên môn bác bỏ[133]. Susan Fast cho rằng khi Plant vẫn là người viết lời chính cho ban nhạc, nội dung của các ca khúc chủ yếu nói lên những suy nghĩ của ông về phong trào phản văn hóa thập niên 1960 ở bờ Tây nước Mỹ[134]. Ở nửa sau sự nghiệp ban nhạc, ca từ của Plant mang nhiều nét tự sự, ít lạc quan hơn với nhiều trải nghiệm và câu chuyện cá nhân[135].

Theo nhà nghiên cứu âm nhạc Robert Walser, "Âm thanh của Led Zeppelin nổi bật bởi tốc độ và sức mạnh, thứ nhịp nền khác biệt, đối lập với thứ năng lượng dồn dập cùng với chất giọng rên rỉ của Robert Plant và tiếng đàn mạnh mẽ, rành rọt mà uyển chuyển của Jimmy Page"[136]. Những yếu tố trên sau này được coi là nguyên gốc của thể loại hard rock[137] và heavy metal[136][4], và họ thường được miêu tả là "một ban nhạc heavy metal điển hình"[12], cho dù từng thành viên luôn lảng tránh vấn đề này[138]. Rất nhiều lời ngợi ca đã được dành cho những đoạn riff uyển chuyển kinh điển trong "Whole Lotta Love" và "The Wanton Song"[10][139]. Nhiều đoạn riff không được ghi đè y hệt bởi guitar, bass hay trống, thay vào đó là giai điệu và nhịp biến đổi[140], chẳng hạn như ca khúc "Black Dog" thậm chí đã thay hoàn toàn sang nhịp khác[141]. Cách chơi guitar của Page pha trộn những yếu tố của nhạc blues cùng với các thể loại âm nhạc phương Đông[142]. Cách Plant sử dụng nhịp nhàng các tiếng thét thường được so sánh với kỹ thuật của Janis Joplin[10][143]. Kỹ năng chơi trống của Bonham được nhấn mạnh bởi sức mạnh, phách nhanh, đặc biệt là những nhịp cực nhanh với trống bass[144]. Khả năng chơi bass của Jones gây chú ý qua tính giai điệu, trong khi cách chơi keyboard của ông đã bổ sung tính cổ điển cho âm nhạc của Led Zeppelin[145][10].

Page nhấn mạnh rằng ông từng muốn Led Zeppelin tạo nên thứ âm nhạc "sáng và tối". Quan điểm này trở nên rõ ràng hơn qua album Led Zeppelin III khi ban nhạc sử dụng thuần thục các nhạc cụ mộc[12]. Nó được phát triển mạnh mẽ hơn trong album thứ tư, đặc biệt trong "Stairway to Heaven" khi ca khúc được mở đầu bằng giai điệu của guitar acoustic và kết thúc bởi tiếng trống mạnh và âm thanh các nhạc cụ điện[141][146]. Càng về cuối sự nghiệp, họ càng hướng về thứ giai điệu dịu nhẹ hơn và progressive hơn qua tiếng keyboard của Jones[147]. Họ cũng gia tăng việc xây dựng những phần nền nhạc khác nhau cùng cải tiến kỹ thuật, trong đó có thu âm đa-băng và ghi đè guitar[120]. Sự phát triển của họ trong khai thác năng lượng cũng như tổng thể hòa âm cũng dễ thấy qua việc sản xuất từng phong cách cá nhân vượt trên bất cứ một thể loại nhạc cụ thể nào[148][149]. Ian Peddie cho rằng họ "...ồn ào, mạnh mẽ và thường xuyên dữ dội, song âm nhạc của họ cũng có tính châm biếm, tự họa và tinh tế tột đỉnh."[150]