即进入外务省工作，专门处理裁军和核不扩散事务。1973年至1975年先后到法国弗朗什-孔泰大学和尼斯大学进修。1993年成为国际连合局科学课长，1994年成为裁军会议日本政府代表部参事官。在驻外工作期间，天野曾被派往老挝万象、美国华盛顿特区、比利时布鲁塞尔的日本使馆工作。1997年，成为日本驻马赛领事馆总领事。1998年，成为官房审议官（军备管理、科学担当）。2002年，他被任命为总合外交政策局军备管理・科学审议官；2004年又成为总合外交政策局裁军不扩散・科学部部长。期间他参与推进《核不扩散条约》