Bien que membre de la Pléiade*, il s'impliqua moins dans les recherches poétiques du groupe, car il travaillait à une œuvre plus philosophique : les Discours philosophiques, une série de dialogues qui parurent anonymement jusqu'en 1557. Ces discours lui permettaient d'explorer les connaissances dans les domaines de la poésie, de la musique, du temps, de la divination et de la science de l'univers entier. Des poètes de la Pléiade, c'est avec Jacques Peletier qu’il entretenait les relations le plus étroites en homme qui, comme lui, nourrissait une double passion pour la poésie et pour les sciences.
Parmi d’autres de ses œuvres notables : L’Univers (1557), synthèses encyclopédique des connaissances de son temps ; Mantice, débat contradictoire sur l’astrologie ; Œuvres poétiques, etc.
Mais, peu à peu, il se retira de la poésie et de la galanterie. Homme d’Eglise, tout dévoué à Henri III, dont il était l’aumônier, le roi l’employa à diverses affaires diplomatqiues. A sa nomination comme évêque de Chalon-sur-Saône (1578), ses préoccupations religieuses passèrent alors au premier plan. Authentique humaniste, témoin d’un monde en train de finir dans un sombre contexte de luttes religieuses bourguignonnes, il eut le rare courage de prêcher aux uns et aux autres la modération. Menacé pour délit d’œcuménisme, tourmenté pour le soutien indéfectible qu’il portait à son souverain, il fit preuve d’opiniâtreté en toutes circonstances.
Député aux Etats de Blois en 1588, il défendit l'autorité royale contre les Ligueurs qui le maltraitèrent. Dénonçé comme hérétique et factieux par un jésuite, chassé de sa ville épiscopale, se sentant de surcroît vieillir, il résigna son évêché à son neveu, Cyrus, qui fut sacré en février 1594.
Retiré en son château de Bragny-sur-Saône, il continua à travailler activement à la réconciliation des Français divisés entre ligueurs et tenants du roi Henri IV. Celui-ci aurait voulu l’avoir à ses côtés pour s’instruire dans la religion catholique. Malheureusement, Pontus ne put se rendre à Paris. Il acheva sa vie en laissant derrière lui l’image d'un homme épris de culture, savant astronome, mathématicien de talent, poète et philosophe, vers qui les plus illustres et beaux esprits se sont tournés, en quête de conseils et de secours spirituel. Il fut inhumé dans église de Bragny brûlée en 1636 lors de l’invasion des troupes impériales de l’armée de Gallas.
Sur sa tombe aucune inscription, pas même son nom. Cependant, des témoins de l’époque purent attester qu’il avait bien été enterré dans l’ancien chœur, en haut de la nef, à gauche du maître autel. C’est là que fut apposée, le 25 septembre 2005, une plaque à sa mémoire pour le 400ème anniversaire de sa mort.
* La Pléiade est un groupe de sept poètes français du 16ème siècle, composé de Pierre de Ronsard, Joachim Du Bellay, Etienne Jodelle, Rémy Belleau, Jean-Antoine de Baïf, Jacques Peletier et Pontus de Tyard. A travers leurs œuvres littéraires et leurs textes théoriques, leur ambition était de renouveler et de perfectionner la langue française, afin de la rendre indépendante d'autres idiomes alors plus « nobles » comme le latin. Le but politique était de participer à l'unification de la France par le biais de la langue française, sur le modèle mais aussi en rivalité avec l'italien, qui avait entamé un processus similaire un peu plus tôt.