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 года, но книга была издана лишь четыре года спустя («Astronomiac instauratae mechanica»). 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. Император 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 опытам. 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 году, имела своей причиной движение 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 мужем-рогоносцем. Он также вычислил, что Фредерик II Датский умрет в 1593 году, а когда тот умер в 1588-м, 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», ведь считалось, что планеты и металлы тесно связаны. 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 силы. Браге никогда не публиковал результатов своих алхимических изысканий, вызывая немалые подозрения у окружающих.