Voss ha iniziato a lavorare nel Johnson Space Center nel 1984 come ingegnere supportando le missioni Shuttle STS-51-D, STS-51-F, STS-61-C e STS-51-L e nel gennaio 1986 l'investigazione sull'incidente allo Shuttle Challenger. Nel giugno 1987 è stato selezionato come candidato astronauta NASA e ha terminato nell'agosto 1988 l'addestramento come specialista di missione nelle missioni Shuttle.