Le premier Canadien à être allé dans l'espace est Marc Garneau. Il a mené une série d'expériences (CANEX-1) pour le compte de chercheurs canadiens en sciences et en technologies spatiales ainsi qu'en sciences de la vie au cours de la mission 41-G, du 5 au 13 octobre 1984, à bord de la navette spatiale Challenger. L'astronaute de l'ASC Robert Thirsk assurait la relève pour cette mission.

En janvier 1990, le docteur Roberta Bondar était retenue comme spécialiste de charge utile pour la première mission du Laboratoire international de microgravité (IML-1 pour International Microgravity Laboratory) à bord de la navette Discovery. Au cours de ce vol, désigné mission STS-42, qui s'est déroulé du 22 au 30 janvier 1992, elle devait mener 43 expériences pour le compte de 13 pays. C'est Ken Money qui était l'astronaute de relève pour cette mission.

En 1985, Steve MacLean était désigné comme spécialiste de charge utile pour participer à une mission spatiale au cours de laquelle il devait mener une série d'expériences (CANEX-2) en sciences et en technologies spatiales de même qu'en sciences de la vie. L'expérience principale était consistait en l'évaluation du Sytème de vision spatiale expérimental du Conseil national de recherche du Canada. L'astronaute de relève pour cette mission était Bjarni Tryggvason. La mission CANEX-2 devait avoir lieu en 1987, mais elle a dû être reportée en raison de la tragédie du Challenger. C'est finalement au cours de la mission STS-52, qui s'est déroulée du 22 octobre au 1er novembre 1992 à bord de la navette spatiale Columbia, que M. MacLean a procédé aux expériences CANEX-2.

Premier Canadien à participer à une mission de la navette à titre de spécialiste de mission, le colonel Chris Hadfield a aussi été le premier et le seul Canadien à monter à bord de Mir, la station orbitale russe, dans le cadre de la mission STS-74 de la navette Atlantis, qui s'est déroulée du 12 au 20 novembre 1995. Le colonel Hadfield est également devenu le premier Canadien à manoeuvrer le CANADARM lorsqu'il a installé avec succès les modules qui ont permis à la navette de s'amarrer à Mir.

Du 19 au 29 mai 1996, Marc Garneau a réalisé son deuxième vol spatial, cette fois à titre de spécialiste de mission à bord de la navette Endeavor, mission STS-77. La navette emportait également à son bord le module commercial SPACEHAB ainsi que deux expériences canadiennes, l'une en traitement des matériaux et l'autre en biologie. Ces deux expériences faisaient appel à du matériel de construction canadienne : le Four commercial à zone flottante (CFZF pour Commercial Float Zone Facility), l'Installation aquatique de recherche (ARF pour Aquatic Research Facility), les contenants Get Away Special pour l'expérience sur les nano-cristaux (NANO-GAS) et l'expérience sur les semi-conducteurs organiques minces du Canada Atlantique (ACTORS pour Atlantic Canada Thin Organic Semiconductors).

Robert Thirsk a participé, à titre de spécialiste de charge utile, à la mission STS-78, également connue sous le nom de mission Spacelab sur la vie et la microgravité (LMS pour Life and Microgravity Spacelab), lancée le 20 juin 1996. Au cours de cette mission de 17 jours à bord de la navette Columbia, le Dr Thirsk a participé à une série de 41 expériences sur la vie et la microgravité dans le Spacelab - un laboratoire spatial international entièrement équipé, installé dans la soute de la navette.

Le 4 novembre 1996, Bjarni Tryggvason a été retenu comme spécialiste de charge utile pour la mission STS-85, lancée le 7 août 1997. Au cours de cette mission, il avait pour rôle essentiel de pousser les essais du support d'isolation contre les vibrations en microgravité (MIM pour Microgravity Vibration Isolation Mount) et de réaliser des expériences en sciences des matériaux et en physique des fluides destinées à étudier la sensibilité aux vibrations induites par l'engin spatial. Ces travaux visaient à mieux cerner les besoins pour des systèmes tels que le MIM à bord de la Station spatiale internationale et à étudier les effets des vibrations sur les nombreuses expériences qui seront menées à bord de celle-ci.

L'astronaute Dave Williams a entamé le 17 avril 1998, après un délai de 24 heures, une importante mission spatiale de 17 jours axée sur la recherche médicale, à la suite du lancement réussi de la navette spatiale Columbia. Le docteur Williams, un spécialiste en médecine d'urgence, était le septième astronaute canadien à s'envoler dans l'espace à bord de la navette. Il était aussi le premier Canadien à servir comme médecin de bord , et le premier astronaute canadien formé pour effectuer une «marche extra-véhiculaire», en cas de besoin. Pendant la mission spatiale mission STS-90 Neurolab, le docteur Williams et ses compagnons d'équipage réaliseront un total de 26 expériences complexes en sciences de la vie, visant à étudier l'incidence de la microgravité sur le cerveau et d'autres parties du système nerveux central. Les chercheurs croient que les expériences spatiales pourraient un jour mener à la découverte de nouveaux traitements pour les problèmes neurologiques tels que les troubles de sommeil, le mal des transports, la régulation de la pression artérielle et les troubles graves de l'oreille interne. Dans le cadre de cette mission, deux des expériences Neurolab choisies par la NASA comptent des co-chercheurs canadiens.

La navette Discovery, avec à son bord l'astronaute de l'Agence spatiale canadienne Julie Payette, a décollé le 27 mai 1999 pour une mission de dix jours. Au cours du troisième jour, l'équipage de la mission STS-96 a effectué un « rendez-vous » et s'est amarré à la Station spatiale internationale pour une mission de logistique et de réapprovisionnement afin de l'équiper pour ses futurs occupants. À titre de spécialiste de mission, Julie Payette s'est vue confier plusieurs responsabilités, notamment l'opération du bras canadien de la navette, la coordination des marches dans l'espace des astronautes, le déploiement du satellite éducatif STARSHINE et le changement des 18 unités d'intégration de courant qui font partie du système de batteries solaires du module russe Zarya.

La mission STS-97 a été lancée le 30 novembre 2000 à partir du Kennedy Space Center avec à son bord l'astronaute de l'Agence spatiale canadienne Marc Garneau. Cette mission, la troisième de l'astronaute Garneau, était consacrée à l'installation des panneaux solaires de la Station. La navette Endeavour transportait dans sa soute les énormes panneaux solaires ainsi que les accumulateurs destinés à la Station. Éventuellement, l'ISS sera équipée de quatre ensembles de panneaux qui auront une superficie totale d'un acre. L'équipage d'Endeavour a réalisé trois sorties spatiales afin de procéder au raccordement des panneaux solaires. L'énergie que fourni ce premier ensemble de panneaux préparera la voie à d'importants travaux d'expansion, c'est-à-dire à l'installation du premier laboratoire de la Station spatiale.

En avril 2001, Chris Hadfield, qui prenait place à bord de la navette spatiale Endeavour, est passé à l’histoire en devenant le premier astronaute canadien à sortir dans l’espace, au cours de la mission STS-100 réalisée dans le cadre du vol 6A voué à l’assemblage de l’ISS. Ce vol avait pour principal objectif la livraison, l’installation et le déploiement du bras télémanipulateur Canadarm2 ainsi que l’installation sur l’ISS du module logistique polyvalent Raffaello de fabrication italienne et sa récupération en fin de mission. Pour l’installation du Canadarm2, qui a nécessité 14 heures et 50 minutes, l’astronaute Hadfield est sorti deux fois dans l’espace à 400 kilomètres au-dessus de la Terre. Le nouveau bras de 17 mètres de long est l’élément principal des contributions canadiennes à l’ISS.