W latach 1987–1988 pracowała gościnnie na Wydziale Fizjologii Układu Krwionośnego w Biomedycznym Instytucie Badawczym Centrum Kosmicznego Johnsona (NASA). W 1992 dr Mukai została instruktorką badawczą Wydziału Chirurgii Kolegium Medycznego Baylora w Houston. W latach 1992–1998 była wizytującą profesor nadzwyczajną w Szkole Medycznej Uniwersytetu Keiō, a w 1999 otrzymała tytuł wizytującego profesora tej uczelni. W latach 2004–2007 pracowała jako profesor wizytująca International Space University. Od 2007 pracowała na stanowiskach kierowniczych i doradczych w agencji JAXA. W 2015 została doradcą JAXA do spraw technicznych, a także prorektorką Tokijskiego Uniwersytetu Naukowego. W lipcu 2015 została jednym z dyrektorów korporacji Fujitsu. Od stycznia 2016 pracuje w zarządzie Kao Corporation.
Kariera astronauty thumb|250px|Chiaki Mukai (w środku) z załogą STS-95