Revenu en Europe, il continue son chemin de réflexion aux universités de Genève et de Lausanne où il obtient son MA en sanskrit, en chinois et en philosophie, et un doctorat en études bouddhiques.
Après plusieurs années de recherche, notamment à l’Université de Hiroshima au Japon, et de postes de professeur invité, il est nommé professeur ordinaire d’études bouddhiques à l’Université de Lausanne en 1992.
Les recherches de Tillemans portent sur la logique et l'épistémologie du bouddhisme tibétain, la philosophie Madhyamaka, la littérature autochtone du Tibet, et la grammaire et la poésie tibétaine. Il est l’auteur de très nombreux articles et de plusieurs livres, dont :
- Scripture, Logic, Language: Essays on Dharmakirti and His Tibetan Successors (1999)
- An annotated translation of the fourth chapter (parārthānumāna) (2000)
- Materials for the Study of Aryadeva, Dharmapala and Chandrakirti. Dharmakīrti’s Pramāṇavārttika (2008)
- Persons of Authority: The Ston Pa Tshad - A Tibetan Work on the Central Religious Questions in Buddhist Epistemology (1993)
Pendant ses 20 ans en tant que professeur à la Faculté des lettres, Tom Tillemans a dirigé de nombreuses thèses. Il a également fonctionné comme président de la Section de langues et civilisations orientales, ainsi qu’en tant que vice-doyen.
A l’avenir, il va collaborer à un vaste projet de traduction, chapeauté par le Roi du Bhoutan, de 84’000 textes traditionnels de philosophie et de poésie bouddhistes.