Äkiline haigushoog tekkis tal Tšehhimaal Prahas toimunud banketil oktoobris 1601, kuid 54-aastane astronoom ei julgenud etiketti rikkuda ja isegi tualettruumis käia. Kui ta koju jõudis, ütlesid tal üles kas põis või neerud ja kümme päeva hiljem oli ta surnud.
Nüüd kaevati ta põrm Praha vanalinnas hauast välja ja uuriti võimalike mürgitusnähtude suhtes. Üks sai kohe selgeks, elavhõbedamõrgitusega tegemist ei olnud, kinnitas pärast laboriproovide selgumist Lõuna-Taani ülikooli keemiaprofessor Kaare Lund Rasmussen.
"Kõik testid tõestasid sama, elavhõbedat tema luudest sellises koguses ei leitud, et seda võinuks surma põhjuseks pidada," teatas Rasmussen. ka polnud tema organismis ebatavalisest suuremat elavhõbeda sisaldust viimase viie või kümne eluaasta jooksul.
Kui 1996. aastal Rootsis ja Taanis testiti Brahe vuntsikarvu, tuvastati nendest küll märke elavhõbedast, Prahas võetud testid neid enam ei kinnitanud. Kuigi Brahe surmapõhjust ikka veel kontrollida polnud võimalik, on vähemalt üks tema ajal levinud mürkidest sellega välistatud.
Üks mees, keda omal ajal tema mürgitamises kahtlustati, oli muide Johannes Kepler. Kahtlustati ka kuningat Christian IV, kuna kõlakas väitis, et Brahel olevat olnud lähem suhe kuninga emaga.
