Вернувшись в Данию, Браге обустроил новую обсерваторию в замке своего дяди и весьма преумножил тогдашние астрономические знания. Его репутация была столь громкой, что датский король пригласил его в свою резиденцию, попросив прочесть курс лекций по астрономии. Браге с радостью принял приглашение и глубоко заинтересовал своих слушателей точным и строго научным рассказом, лишенным предрассудков и суеверий. После он посетил Южную Германию, Швейцарию и Венецию в надежде подыскать себе постоянное место жительства. По пути на север он проезжал через Регенсбург и стал свидетелем великолепной церемонии коронации императора Рудольфа II, произошедшей 1 ноября 1575 г. Он получил аудиенцию у монарха, после чего Рудольф пригласил его вместе отобедать. За обедом Браге составил гороскоп молодого императора, посоветовав тому никогда не жениться, поскольку сыновья принесут ему сплошные разочарования и горести. Это пророчество сбылось, но, если бы астролог умел читать свою судьбу в причудливом мерцании звезд, он бы узнал, что его визит ко двору с целью воздать почести Рудольфу станет первым в череде событий, которая завершится смертью ученого на службе у Его Величества.

Вскоре после возвращения в Данию Фредерик II, крайне высоко ценивший науки, вызвал его в Копенгаген и предложил ему в безраздельное пользование остров Хену, выделив средства для постройки и оборудования там астрономической обсерватории. Правитель был столь щедр, что обеспечил ученого деньгами на основание на острове резиденции для его семьи, а также для семей его помощников. Двадцать один год жизни Браге прошел в безмятежном изучении небесных тел в прекрасно оборудованной обсерватории Ураниборга. Его патрон, король Фредерик, назначил ему пожизненную пенсию в весьма крупном размере, которой Браге распоряжался очень щедро, с гостеприимством и неизменным радушием встречая бесконечных посетителей, приезжавших на остров, дабы засвидетельствовать свое почтение первому среди астрономов. Он также обучал и поддерживал материально множество молодых людей, живших вместе с ним на Хене, развивая в них умения наблюдать, думать и рассуждать. Его трудолюбие и проницательность, мастерство и огромное количество трудов о планетах, а также исследования траектории движения луны заслужили ему славу, которой не добился ни один из его современников, равно как и ни один из его потомков.

Датский поэт Петер Андреас Хайберг запечатлел обсерваторию Ураниборга в своих стихах:

К сожалению, щедрый покровитель Браге, король Фредерик, умер в 1588 г., и на престол взошел его сын Кристиан IV, мальчик всего четырнадцати лет от роду. Датская знать, завидовавшая привилегиям и пособию Браге, интригами и клеветой постепенно расшатала его позиции при дворе, настроив юного соверена против хозяина Хены и директора обсерватории. Браге был лишен пенсии, его владения были конфискованы, и после многочисленных унижений, причиненных ему дворянами, приближенными к юному королю, он решился покинуть отвергнувшую его неблагодарную родину. В 1597 г. он забрал свои инструменты, библиотеку и лично сконструированные им приборы из Ураниборга, погрузил всё на корабль, а затем, вместе со своей женою, пятью детьми, слугами, несколькими ассистентами и учениками, в том числе со своим будущим зятем Тенгаагелем и математиком Лонгомонтанусом, отправился из Копенгагена в Росток — город, в котором прошла часть его буйной юности, и где он заполучил свой серебряный нос.

Брошенный таким образом на произвол судьбы, ограниченный в средствах и обремененный множеством обязанностей, он понял, что ему необходим новый могущественный покровитель, и решил просить помощи у императора Рудольфа, чей интерес к наукам стал предметом восхищения всей Европы. Зная пристрастие Рудольфа ко всяческим механическим машинам и химическим экспериментам, Браге посвятил ему свой последний труд о механике астрономии, а также присовокупил к нему несколько работ в области химии. Посвящение это было написано в январе 1598 г., но книга была издана лишь четыре года спустя («Astronomiac instauratae mechanica», Норимберг, 1602 г.). Вместе с манускриптом был также издан составленный им каталог тысячи звезд. Но все эти доказательства научных познаний и достижений едва ли были нужны, ведь германский монарх уже давно был знаком с работами датского астронома и с интересом следил за его карьерой. Тихо Браге поддерживал переписку с Кородуциусом и доктором фон Хайеком, а также с вице-канцлером Куртиусом, который был об астрономе самого высокого мнения. Император лично пригласил Браге на Градчаны через своего личного секретаря Барвициуса, пообещав датчанину всё необходимое для дальнейших занятий астрономией, а также большую стипендию и просторные апартаменты для его семьи.

Приглашение Рудольфа было более чем сердечным, особенно если учесть, что Браге имел репутацию астролога и склонность к алхимическим штудиям. Подобная практика в те времена в порядке вещей сочеталась с занятиями строгой наукой. Астрологические изыскания прославленного датчанина привели его к мысли, что ужасная эпидемия чумы, поразившая Европу в 1566 г., имела своей причиной совпадение Юпитера и Сатурна в августе ровно за три года до бедствия. Он предсказал также, что одна знатная дама будет в ближайшее время убита рогатым чудовищем, и спустя год чешская графиня была зверски убита своим рогоносцем-мужем. Он также вычислил, что Фредерик II Датский умрет в 1593 г., а, когда тот умер в 1588 г., Браге заявил, что в его расчеты не вкралось никакой ошибки, «просто смерть наступила преждевременно». Астрологические изыскания вместе с тем нисколько не мешали Браге сохранять почти фанатическую веру в Божественное Провидение.

Тихо Браге был помимо прочего практикующим алхимиком, работавшим с тиглями, атанорами и перегонными кубами. Он называл свои занятия «земной астрологией». Планеты и металлы тесно связаны, как следует из самих их названий. Во время своего краткого пребывания в замке своего дяди в Герритцвольде он оборудовал там лабораторию и проводил эксперименты с серебром и золотом. После этого и в Ураниборге в крипте под зданием была сконструирована лаборатория, в которой находилось по крайней мере шестнадцать печей, обеспечивавших нагрев любой необходимой силы. Он никогда не публиковал результатов своих алхимических изысканий, вызывая немалую подозрительность окружающих. «По своему собственному убеждению, — писал Браге, — и следуя советам посвященных, я не считаю нужным раскрывать секретов Искусства толпе, ибо лишь несколько человек способны воспользоваться его могуществом в благих целях».

Равно как многие врачи были астрологами, астрологи в свою очередь практиковали медицину; так делал и Коперник, и нет ничего удивительного в том, что Браге изобрел собственный Эликсир, который широко продавался как средство от эпидемий, опустошавших тогда Германию. Император, зная о существовании этой драгоценной панацеи, пытался выспросить у Браге секрет ее изготовления. В ответ Браге послал императору длинное письмо с описанием процесса изготовления лекарства, умоляя его сохранить сию формулу в тайне и использовать ее лечебные свойства исключительно в личных целях. Рецепт назывался Венецианской Патокой и состоял из нескольких последовательных химических операций: в получившуюся жидкость добавлялись либо тонко измельченные кораллы, либо сапфиры, либо гиацинты и растворенный жемчуг, но лучше всего — питьевое золото, А чтобы сделать секретное средство панацеей от всех болезней, каковые только могут быть вылечены с помощью лекарств, следовало смешать его с сурьмой.