പീസ് കോർപ്സിൽ സേവനമനുഷ്ഠിച്ച് അമേരിക്കയിലേക്ക് മടങ്ങിയ ജെമിസൺ കാലിഫോർണിയയിലെ ലോസ് ഏഞ്ചൽസിൽ താമസമാക്കി. അവിടെ സ്വകാര്യ പരിശീലനത്തിൽ പ്രവേശിച്ച് ബിരുദതല എഞ്ചിനീയറിംഗ് കോഴ്സുകൾ നേടുകയും ചെയ്തു. 1983-ൽ സാലി റൈഡ്, ഗിയോൺ ബ്ലൂഫോർഡ് എന്നിവരുടെ മാതൃകയിലൂടെ നേടിയ പ്രചോദനത്തിലൂടെ ബഹിരാകാശയാത്രികരുടെ പ്രോഗ്രാമിലേക്ക് അപേക്ഷിക്കാൻ ജെമിസനെ പ്രേരിപ്പിച്ചു.1985 ഒക്ടോബറിലാണ് നാസയുടെ ബഹിരാകാശ പരിശീലന പരിപാടിയിൽ ജെമിസൺ ആദ്യമായി അപേക്ഷിച്ചത്. എന്നാൽ 1986-ൽ ബഹിരാകാശവാഹന ചലഞ്ചർ ദുരന്തത്തെത്തുടർന്ന് പുതിയ സ്ഥാനാർത്ഥികളെ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് നാസ മാറ്റിവച്ചു. 1987-ൽ ജെമിസൺ വീണ്ടും അപേക്ഷിക്കുകയും ഏകദേശം 2,000 അപേക്ഷകരിൽ നിന്ന് നാസ NASA ആസ്ട്രോനോട്ട് ഗ്രൂപ്പ് 12 ലെ പതിനഞ്ച് ആളുകളിൽ ഒരാളായി തിരഞ്ഞെടുക്കപ്പെടുകയും ചെയ്തു. ചലഞ്ചറിന്റെ നാശത്തെ തുടർന്ന് തിരഞ്ഞെടുത്ത ആദ്യ ഗ്രൂപ്പ് ആയിരുന്നു അത്." 1987-ൽ അസോസിയേറ്റഡ് പ്രസ്സ് അവരെ "ആദ്യത്തെ കറുത്ത സ്ത്രീ ബഹിരാകാശയാത്രിക" എന്ന് വിശേഷിപ്പിച്ചു.1989-ൽ ഫിലീഷ്യ റഷാദും റോബ് വെല്ലറും അതിഥിയായെത്തിയ ടെലിവിഷൻ സ്പെഷ്യൽ ബെസ്റ്റ് ക്യാച്ചുകളിൽ ജെമിസനെ രാജ്യത്തെ ഏറ്റവും യോഗ്യതയുള്ള വ്യക്തികളിൽ ഒരാളായി സിബിഎസ് അവതരിപ്പിച്ചു.