Nyberg fluttua in assenza di gravità sul ponte dello Shuttle Discovery durante la missione STS-124
Ha lavorato al Johnson Space Center dal 1991 al 1995. Nel 1998, dopo aver completato il dottorato, ha accettato un impiego nel Crew and Thermal Systems Division come Environmental Control Systems Engineer per migliorare i sistemi di controllo termico delle tute spaziali e valutare le tecnologie di raffreddamento delle tute dei vigili del fuoco. Inoltre ha progettato dei sistemi di controllo termico per le future missioni lunari e marziane e un'analisi del sistema di controllo ambientale per una camera iperbarica ripiegabile.
È stata scelta come astronauta candidata dalla NASA nel luglio 2000 e dopo due anni di addestramento e valutazione, è stata scelta come specialista di missione e assegnata ai compiti tecnici nell'Astronaut Office Station Operations Branch dove ha svolto le funzioni di Crew Support Astronaut per l'equipaggio della Expedition 6 durante i 6 mesi trascorsi a bordo della Stazione spaziale internazionale. Nel 2006 Nyberg ha fatto parte dello studio NASA chiamato NEEMO (NASA Extreme Environment Mission Operations) nel laboratorio Aquarius sottomarino per portare avanti la preparazione degli astronauti al ritorno sulla Luna e all'eventuale missione su Marte[4].