À partir de 1576, il fit édifier dans l'île de Hveen, dans le Sund, un observatoire astronomique qu'il équipa de grands instruments, grâce auxquels il effectua les observations astronomiques les plus précises avant l'invention de la lunette. Celles de la planète Mars permirent à Kepler d'énoncer les lois du mouvement des planètes. Brahe établit un catalogue d'étoiles, montra que les comètes ne sont pas des phénomènes atmosphériques et découvrit certaines inégalités du mouvement de la Lune ainsi que la variation de l'obliquité de l'écliptique.
