Biographie en forme de récit spéculatif, Le Temps de Tycho suit la figure de Tycho Brahe, astronome danois du XVI^e siècle, autoproclamé « prince des astronomes ». Ses hypothèses erronées, mâtinées d'astrologie et de géocentrisme, ne lui valurent pas d'inscrire son nom au fronton des sciences astronomiques aussi sûrement que Galilée ou Kepler, mais son approche empiriste et ses inventions, en particulier celle de la trotteuse, déterminèrent un nouveau rapport au temps. Le Temps de Tycho explore différentes facettes de la vie de Tycho comme on promène un oeil tour à tour attentif et rêveur sur un tableau.

De l'épisode de la perte de son nez à l'univers clos d'Uraniborg, l'observatoire que l'astronome avait installé sur l'île de Hven, Nicolas Cavaillès invente, dans une langue virtuose, un cheminement qui tient à la fois du portrait et de la réflexion sur l'émergence d'une nouvelle mesure des durées et des distances à la Renaissance. Les accidents et les trouvailles de Tycho deviennent les sources d'une méditation sur le striage technologique du temps, du tic-tac de l'horloge aux quadrillages tâtonnants de l'espace.