Физикохимик. Автор трудов по термодинамической теории, термодинамике гетерогенных систем, теории стёкол, химии и электрохимии стекла, мембранной электрохимии, теории ионного обмена и фазовых равновесий многокомпонентных систем, теории стеклянного электрода.

В 1948 г. И.С. Брук совместно с молодым ученым Б.И. Рамеевым разработал проект цифровой вычислительной машины с жестким программным управлением. Уже тогда Брук и Рамеев пришли к тому, что в памяти машины может храниться не только информация, но и программа. В октябре того же года ученые представили соответствующий проект в Академию наук СССР, а затем приступили к программированию. Спустя некоторое время государственный комитет Совета Министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство выдал И.С. Бруку и Б.И. Рамееву Авторское право № 10475 на изобретение цифровой вычислительной машины с приоритетом от 4 декабря 1948 г. Это был первый документ в истории России, касавшийся информационных технологий.