Чрезвычайно важной для судеб науки стала встреча Кеплера и Тихо Браге. В годы невзгод, обрушившихся на Кеплера, Тихо Браге не только приютил в Праге Кеплера (вместе с его женой), но и предоставил ему все свои бесценные научные наблюдения, которые собирались им в течение многих лет (35 лет). Когда Кеплер увидел эти сокровища, он был буквально потрясен и восхищен. В одном из писем он сообщает (своему давнему учителю Мэстлину): «Богатства Тихо громадны, но он, как и большинство богачей, не умеет ими пользоваться».
После смерти Браге Кеплер унаследовал все его журнальные наблюдения… Тот же, словно убедившись, что дело всей его жизни оказалось в надежных руках, почил с миром. Отныне, находясь на посту императорского астронома, Кеплер мог спокойно заниматься серьезной наукой.… Он разрабатывает первый и второй законы движения планет, пишет трактат об оптике и «Элегию на смерть Тихо Браге» (пьесу в 200 латинских стихов, содержащую описание его жизни). Теперь, войдя в период научной зрелости, он выдает одна за другой многочисленные блестящие догадки и открытия. Так, за 40 лет до опыта Торричелли он относит воздух к тяжелым, а не к легким элементам. За 6 лет до того, как Галилей впервые направил подзорную трубу на Луну, он напишет о том, что Луна подобна Земле и может быть в принципе обитаема. Кеплер описывает свойства солнечной короны во время полных затмений. Это позже подтолкнет Декарта к его открытиям. Но, конечно, венцом научных усилий стали его знаменитые два закона. В них он доказал, что: 1) орбита Марса не круг, а эллипс, и Солнце занимает один из фокусов этого эллипса; 2) Марс же движется по эллипсу неравномерно, быстрее – вблизи Солнца, медленнее – вдали от него.
Затем им было написано сочинение «Новая астрономия», вышедшее в Праге за счёт все того же Рудольфа II (1609). В посвящении императору Кеплер скажет с немалой гордостью: «…Марс теперь уже в наших руках». В «Сокращенной астрономии» он высказал гениальные догадки относительно состава Млечного пути (за два с лишним века до Гершеля). Он предсказал вращение Солнца и Юпитера, первым высказал догадку о том, что морские приливы и отливы производятся магнетическим воздействием Луны на поверхность океанов. А, ведь, даже великий Галилей в «Разговорах» охарактеризовал такую точку зрения как «величайшую нелепость». Кеплер был близок к открытию закона всемирного тяготения и «уже чувствовал его в своем сердце». Эта гениальная догадка стала истиной уже совсем недавно, для чего потребовались усилия математического анализа и гения Лапласа. Одним словом, в силе ума он ничуть не уступал Копернику, в эрудиции – Галилею, а в мужестве – славному Дж. Бруно. Его девизом стали великие слова: «Бездействие – смерть для философии; будем же жить и трудиться».