תחומי מחקר: תולדות ארץ-ישראל ויישובה היהודי ונושאים בהיסטוריה יהודית מודרנית ובתולדות התרבות היהודית (חקר האוטונומיה היהודית; תולדות תנועת ההשכלה היהודית; ראשית תנועת החסידות, צמיחתה של תרבות יהודית מודרנית במזרח אירופה, ראשית הספרות המודרנית בעברית וביידיש  והופעתה של האורתודוקסיה). פרסם כמה עבודות על הכתיבה ההיסטורית בחברה החרדית וטבע את המושג "היסטוריוגרפיה אורתודוכסית".

 תפקידים שמילא: ראש החוג בשנים 1996-1999, יו"ר החברה ההיסטורית הישראלית בשנים 2015-2006; דיקן הפקולטה למדעי הרוח באוניברסיטה העברית בירושלים (2010-2006). בקיץ 2016 התקבל כחבר האקדמיה הלאומית למדעים.

פרסים: זכה בשנת 2008 בפרס  מפעל הפיס למדעים ומחקר ע"ש לנדאו בתחום: היסטוריה של ארץ ישראל

 יליד תל אביב, גדל בגבעתיים, והיה מדריך בתנועת הנוער "התנועה המאוחדת". שירת בנח"ל בצה"ל וחי תקופה קצרה בקיבוץ ארז שעל גבול רצועת עזה. בשנות השישים החל את לימודיו בחוג להיסטוריה של עם ישראל ובחוג להיסטוריה כללית  באוניברסיטה העברית בירושלים. שם עבודת הדוקטור שלו שהוגשה בתשמ"א (1980)הוא: "הלא-יהודים וחברתם בספרות עברית ויידיש במזרח אירופה בין השנים 1856-1914".

היה מחלוצי סגל האוניברסיטה הפתוחה ומכותבי הקורסים במדעי היהדות בה. במקביל  נמנה עם ראשוני החוקרים שפעלו ביד יצחק בן צבי בראשית שנות השבעים של המאה הקודמת. הוא אחד  ממייסדי כתב העת "קתדרה", רבעון לחקר תולדות ארץ ישראל ויישובה (1976)  ופעל כאחד מעורכיו משך שנים רבות..מיוזמי ועורכי "ספר העלייה הראשונה" (1982) ואחד משלושת עורכי "ספר העלייה השנייה" (1997). פעל מאז שנות השבעים של המאה שעברה בוועדות לתוכניות הלימודים בהיסטוריה בחינוך הממלכתי והממלכתי-דתי. עמד בראש "וועדת ברטל" שכתבה את תכנית הלימודים לחטיבה העליונה בחינוך הממלכתי (בין השנים 2003-1995) – תכנית המשמשת עד היום, בשינויים קלים, במערכת החינוך הממלכתית הישראלית. פרסם כמה מחקרים על הוראת ההיסטוריה  במדינת ישראל, ועל הקשר בין פוליטיקה, זיכרון העבר ולימודי ההיסטוריה

בשנים האחרונות הוא מתמקד בחקר תולדות היהודים במזרח אירופה. ספרו על הזרמים החדשים  בקהילה גדולה זו: לתקן עם: נאורות ולאומיות במזרח אירופה ראה אור באביב 2013. כעת הוא עוסק בכתיבת ביוגרפיה של הסופר שלום יעקב אברמוביץ (מנדלי מוכר ספרים). יזם ומפעיל מפעל מחקרי-תיעודי בינלאומי לאיתור ולהנגשה אלקטרונית של פנקסי קהילות מן העת החדשה המוקדמת (1500-1800).

ספרים שכתב (מבחר)

    גלות בארץ: יישוב ארץ ישראל בטרם ציונות, קובץ מחקרים ומסות, ההסתדרות הציונית העולמית, ירושלים: הספרייה הציונית, תשנ"ה 1994.

    מאומה ללאום: יהודי מזרח אירופה 1881-1772, תל אביב: סדרת האוניברסיטה המשודרת, הוצאת משרד הביטחון, תשס"ב 2002.

    קוזק ובדווי: עם וארץ בלאומיות היהודית, תל אביב: ספרית אופקים, הוצאת עם עובד, תשס"ז 2007.

    לתקן עם: נאורות ולאומיות במזרח אירופה, ירושלים: כרמל, תשע"ג 2013.

    Poles and Jews: a Failed Brotherhood, Brandeis University/ New England University Press, Hannover, NH 1992

    The Jews of Eastern Europe, 1772-1881, University of Pennsylvania Press, Philadelphia 2005, 2006.

    Geschichte der Juden im östlichen Europa, 1772-1881 ,Aus dem Englischen von Liliane Granierer. Mit einem Vorwort von Dan Diner, Göttingen: Vandenhoeck & Ruprecht, 2010

ספרים שערך (מבחר)

    (עם ישראל גוטמן), קיום ושבר, יהודי פולין לדורותיהם, ירושלים: מרכז שזר, תשנ"ז 1997-תשס"א 2001.

    (עם יהושע קניאל וזאב צחור), העלייה השנייה, א-ג, ירושלים: הוצאת יד יצחק בן צבי, תשנ"ח 1997.

    (עם ישעיהו גפני), ארוס, אירוסין ואיסורים, מיניות ומשפחה בהיסטוריה, ירושלים: הוצאת מרכז שזר, תשנ"ח 1998.

    הקריאה לנביא, מחקרי היסטוריה וספרות, מאת חנא שמרוק, ירושלים: מרכז זלמן שזר, תש"ס 1999

    (עם יוסי בן ארצי ואלחנן ריינר), נוף מולדתו: מחקרים בגאוגרפיה של ארץ ישראל ובתולדותיה מוגשים ליהושע בן אריה, ירושלים: הוצאת ספרים ע"ש י"ל מאגנס, תש"ס 1999.

    (עם דוד אסף), מווילנה לירושלים: מחקרים בתולדותיהם ובתרבותם של יהודי מזרח אירופה מוגשים לפרופסור שמואל ורסס, ירושלים: הוצאת ספרים ע"ש י"ל מאגנס, תשס"ב 2002.

    העגלה המלאה: מאה ועשרים שנות תרבות בישראל, ירושלים: הוצאת ספרים על שם י"ל מאגנס, תשס"ב 2002.

    (עם רחל אליאור וחנא שמרוק) צדיקים ואנשי מעשה מחקרים בחסידות פולין, ירושלים: מוסד ביאליק, תשנ"ד 1994.

    (עם שמואל פיינר), ההשכלה לגווניה: עיונים חדשים בתולדות ההשכלה ובספרותה, ירושלים: הוצאת ספרים ע"ש י"ל מאגנס, ובית הספרים הלאומי והאוניברסיטאי, תשס"ה 2005.

    (עם שמואל פיינר), היסטוריוגרפיה במבחן: עיון מחודש במשנתו של יעקב כ"ץ, ירושלים: מרכז שזר, תשס"ח 2007.

    (עם חיים גורן), ספר ירושלים בשלהי התקופה העות'מאנית (1917-1800), ירושלים: הוצאת יד יצחק בן צבי, תש"ע 2010.

    (עם אברהם גרינבוים ודן חרוב), ספרא וסייפא: שמעון דובנוב - היסטוריון ואיש ציבור, ירושלים: מרכז זלמן שזר, תשע"א 2010

ברטל הוא העורך הראשי של הסדרה: תולדות יהודי רוסיה, הפורשת את ההיסטוריה של יהודי רוסיה מן העת העתיקה ועד לעידן הפוסט-סובייטי. בסדרה שלושה כרכים (שראו אור במקביל בעברית וברוסית) בעריכת פרופ' אלכסנדר קוליק, ד"ר איליה לוריא וד"ר מיכאל בייזר.