Научные интересы С. Н. Бройтмана сформировались под воздействием работ А. Н. Веселовского и М. М. Бахтина. Самсон Наумович создал первый в России учебник по исторической поэтике; он является автором ряда учебников и книг, в том числе «Поэтика русской классической и неклассической лирики».
«Поэтика книги Бориса Пастернака „Сестра моя — жизнь“» — последняя работа Самсона Наумовича, законченная им за несколько дней до его смерти в 2005 году.