En 1999, il publie son premier article significatif dans le catalogue de l'exposition « Journal d'un cinéaste amateur 1934-1944 » (archives départementales de l'Isère), sous le titre « L'École des cadres de la Milice d'Uriage : les chevaliers du Maréchal »[1]. Il y analyse un film amateur montrant les seules images connues de la Milice iséroise, découvert par Arnaud Ragon, concepteur et réalisateur de l'exposition.
Tal Bruttmann publie en 2003La Logique des bourreaux. L'ouvrage, préfacé par l'historienne Annette Wieviorka, trouve son origine dans le dépouillement systématique des archives de l'Isère pour la période, et s'attache à reconstituer l'organisation et la mise en œuvre sur le terrain de l'extermination des Juifs par le Sicherheitsdienst de Grenoble (SD, service de la sécurité du Reichsführer-SS, service de renseignement et de maintien de l'ordre de la SS) et met notamment en lumière l'action d'Aloïs Brunner et des militants de l'ultra-collaboration[3].
Avec Au bureau des affaires juives : L'Administration française et l'application de la législation antisémite publié aux éditions La Découverte en 2006, l'historien étudie l'élaboration du statut des juifs par le gouvernement de Vichy et sa mise en œuvre par l'administration. Il constate que l'administration française, dans la pratique, appliqua avec zèle la législation antisémite mise en place sous le régime de Vichy[4]. En 2006 paraît également un ouvrage coécrit avec l'historien Laurent Joly, La France antijuive de 1936 : L’Agression de Léon Blum à la chambre des députés, aux Éditions des Équateurs, réédité aux éditions du CNRS[5].
Tal Bruttmann participe à la commission Mémoire et transmission de la Fondation pour la mémoire de la Shoah[6].
En 2020, il est conseiller historique pour le documentaire Ravensbrück : Le Camp oublié[7], réalisé par Sophie Jeaneau. En 2023, il co-signe avec Stefan Hördler et Christoph Kreutzmüller Un album d'Auschwitz. Comment les nazis ont photographié leurs crimes aux éditions du Seuil.
Tal Bruttmann (dir.), Commission d'enquête de la ville de Grenoble sur les spoliations des biens de juifs, Persécutions et spoliations des Juifs pendant la Seconde Guerre mondiale, Résistances, Presses universitaires de Grenoble, 2004.
Tal Bruttmann, Au bureau des affaires juives : L'Administration française et l'application de la législation antisémite, 1940-1944, Paris, La Découverte, coll. « L'espace de l'histoire », , 286 p. (ISBN978-2-7071-4593-2).
Tal Bruttmann (dir.), Laurent Joly (dir.) et Annette Wieviorka (dir.), Qu'est-ce qu'un déporté ? : Histoire et mémoires des déportations de la Seconde Guerre mondiale, Paris, CNRS Éditions, coll. « Seconde Guerre mondiale », , 415 p. (ISBN978-2-271-06827-9).
(en) Claire Zalc et Tal Bruttmann (edt.), Microhistories of the Holocaust, New York, Berghahn(en), coll. « War and genocide » (no 24), , 325 p. (ISBN978-1-78533-366-8).
Tal Bruttmann, Stefan Hördler et Christoph Kreutzmüller, Un album d’Auschwitz. Comment les nazis ont photographié leurs crimes, Paris, Seuil, (EAN9782021491067).
Tal Bruttmann, Antoine Grande et François Xavier Efix, Du sang dans la clairière. Mont-Valérien 1941-1944, éditions Ouest France, (ISBN978-2737389375).
