Karena ketertarikannya yang kuat pada astronomi, Raja Frederik II memberinya pulau kecil bernama Hven. Di pulau itu, Brahe membangun observatorium Uraniborg yang megah. Ia mengisinya dengan alat-alat canggih dan menciptakan lingkungan ilmiah yang penuh semangat. Di sana, ia juga mengajar para calon astronom muda dari berbagai negara.
Namun, Brahe tidak sepenuhnya menerima teori Copernicus yang menyatakan matahari sebagai pusat tata surya. Ia justru menggabungkan dua teori yang berbeda. Menurut model Brahe, matahari dan bulan mengelilingi bumi, sedangkan planet lain mengelilingi matahari. Model ini menjadi solusi bagi mereka yang belum siap menerima heliosentrisme.
Selain mengamati langit, Brahe juga merintis metode ilmiah modern. Ia adalah salah satu ilmuwan pertama yang melakukan pengamatan berulang untuk memastikan keakuratannya. Ia juga merancang sendiri alat-alat observasi, lalu mengujinya berkali-kali. Inilah yang membuatnya diakui sebagai pelopor statistik astronomi.
Tycho pun memiliki peran penting dalam sejarah ilmu pengetahuan. Ia menyimpan data dalam jumlah besar tentang posisi bintang dan planet. Ketika Johannes Kepler datang kepadanya untuk meminta data, Brahe justru mengajak Kepler bekerja sama. Meski hubungan mereka tidak selalu harmonis, keduanya tetap berkolaborasi.