פרופ' מיטלמן משלב מחקר קליני ובסיסי בתחומים של מחלות ממאירות, מחלות דם, תסמונת מיאלודיספלסטית ואריתרופוייטין.
בתחום הקליני הוא שותף לקבוצות בינלאומיות העוסקות בקביעת קוים טיפוליים מנחים וניסויים קליניים.
בתחום המחקר הבסיסי הוא עומד, יחד עם פרופ' דרורית נוימן, הפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, אונ' ת"א, בראש קבוצת מחקר, כשהמעבדה ממוקמת בבניין הפקולטה לרפואה.