Uczestniczyła również w pracach nad komputerową dynamiczną analizą systemu wentylacji modułu ISS TransHab, kontrolą parametrów systemu podtrzymywania życia dla X-38 oraz przy podobnych systemach dla bezzałogowych sond marsjańskich. 2000 – 26 lipca została przyjęta do korpusu amerykańskich astronautów (NASA-18) jako kandydat na specjalistę misji. W sierpniu tego samego roku rozpoczęła szkolenie specjalistyczne. 2002 – po zakończeniu kursu podstawowego otrzymała przydział do Biura Astronautów NASA do Wydziału Stacji Kosmicznej (Space Station Branch). Podczas półrocznej wyprawy Ekspedycji 6 na Międzynarodową Stację Kosmiczną (przełom 2002/2003) była wśród załogi wpierającej działania astronautów na orbicie. 2006 – w lipcu wzięła udział w tygodniowej podwodnej misji NEEMO 10 (NASA Extreme Environment Mission Operations) realizowanej przez NASA i NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Wspólnie z Nyberg w eksperymencie uczestniczył również japoński astronauta Kōichi Wakata oraz Andrew Feustel z korpusu astronautów NASA. Wyniki badań mają być wykorzystane przez NASA m.in. w pracach nad powrotem astronautów na Księżyc i ewentualnej misji załogowej na Marsa. 2007 – 24 marca została oficjalnie włączona do załogi misji STS-124. 2008 – 31 maja wystartowała w kosmos na pokładzie wahadłowca Discovery (misja STS-124).