Następnie rozpoczął szkolenie w Johnson Space Center (JSC). 1996 – po zakończonym kursie, w ramach którego przygotowywał się do pracy na zewnątrz stacji orbitalnej, uzyskał uprawnienia specjalisty misji i został skierowany do Biura Astronautów NASA. 1998 – na przełomie kwietnia i maja odbył blisko szesnastodniowy lot na pokładzie wahadłowca Columbia (STS-90). 1998–2002 – kierował jednym z dyrektoriatów w Johnson Space Center w Houston. Był pierwszym obywatelem obcego państwa, który w NASA otrzymał awans do wyższej kadry kierowniczej. W 2001 wziął udział w siedmiodniowej podwodnej misji NEEMO 1 (NASA Extreme Environment Mission Operations) realizowanej przez NASA i NOAA (National Oceanic i Atmospheric Administration). Był pierwszym Kanadyjczykiem, który pracował zarówno w kosmosie, jak i w laboratorium oceanicznym. 12 grudnia 2002 – został wyznaczony do podstawowej załogi misji STS-118, która na pokładzie promu Endeavour jesienią 2003 miała wystartować w kierunku ISS. Plany te pokrzyżowała katastrofa promu Columbia.