実験運用計画は筑波宇宙センターでまとめた後、マーシャル宇宙飛行センターに送り調整を行い、最終的にISS全体の運用計画を統括しているジョンソン宇宙センターでISSの運用計画に組み入れられ、実験が行われる。きぼうでの実験は、実験運用管制チームが搭乗員の作業を支援したり、データの監視や遠隔操作で実験機器を制御し実験を行う。他にも簡素な実験機器等を使った教育文化ミッション（Education Payload Observation: EPO）や宇宙飛行士の健康管理に関する医学ミッションなどの運用、更に運用の進め方・規則・手順書などの作成等も実験運用管制チームが行う。実際に各実験を進めるにあたって、実験運用管制チームに加え、ユーザーとなる実験テーマ提案者の代表研究者（Principal Investigator:PI）や共同研究者（Co-Investigator:CI）、代表研究者と実験運用管制員の橋渡しを行うユーザーインテグレーター（User Integrator:UI）や実験装置開発担当（Engineer）が協力して実験を行っていく。また、実験装置を搭載したユーザーは、運用管制室に隣接したユーザー運用エリアで実験の模様をモニターし、適宜実験に関する指示を実験運用管制チームへ行ったり、ISSと連絡を取り合うことができる。
SSIPC内にある運用管制室で、運用管制チームは最大10ポジションの3交代シフト（8:00-17:00、16:00-1:00、0:00-9:00）の24時間体制で365日監視を行っており、指揮を執るフライトディレクターと運用管制員は総勢50名以上が勤めているが、常駐している運用管制官の1シフト最小構成は5人のみで、多くても15人程度と効率的な運用がなされている。きぼうのシステムを監視するほか、利用計画や補給物資の選定や輸送計画、不具合発生時の修理計画などの立案も担っており、不具合対応の運用シミュレーション訓練も行い練度向上に努めている。また、ISS全体を統括しているのはNASAのフライトディレクターであり、予定の変更が必要な場合はNASAのフライトディレクターと交渉する必要があるため、筑波の運用管制室からはNASAのジョンソン宇宙センターにあるミッションコントロールセンター（MCC-H）を映すことができ、かつ常時NASAのフライトディレクターと連絡が付くようになっている。きぼうとSSIPCの通信は、ISSの通信システムからTDRS、ジョンソン宇宙センター、ホワイトサンズ地上局（White Sands Complex:WSC）を経由したNASAリンク（Sバンド、kuバンド）で24時間行われる。当初は、日本のデータ中継技術衛星こだま（DRTS）とDRTS地上局を経由したJAXAリンク（Kaバンド、Sリンク）での通信も可能であったが、こだまが2017年8月5日に退役したため、現在はNASAリンクのみとなっている。きぼうに搭載されている衛星間通信システムは、実験データのダウンリンクとTDRSの予備回線（未使用に終わった）として使われていた。また、NASAから実験機器の安全審査権限を委譲されており、日本は単独で「きぼう」の安全管理責任を負っている。組み立てが始まった2008年以降、重大事案や緊急事態は起きていない。
日本では2018年9月21日に初動247館で公開された。2018年9月第4週公開映画の初日満足ランキングでは、「FILMAGA」の調査では1位、「ぴあ」の調査では2位を獲得した。一方で、9月22、23日の週末興行収入は3489万円、週末興行収入ランキングでは第12位であり、公開1週目でメイン館での上映が打ち切られた。映画ジャーナリストの大高宏雄によれば、初動から予測される最終興収は1億円程であり、あまりの興行成績の低さに配給関係者も愕然としたという。初動の低迷の原因について、大高は、原作の完結から歳月を経ていることから親子連れ層を動員できなかったと分析している。一方で、DLEのプロデューサーの齋藤雅弘は「タイトルに小学生と入っていること、原作挿絵に忠実なビジュアルとしたことで、メインターゲットとした小学生以外の客層を排除する雰囲気になった」「映画の宣伝のために企画したテレビシリーズの存在が、事前に見ていないと作品を理解できないのではないかと誤解された」「公開初日が金曜日であったためメインターゲットである子供が動けなかった」と分析している。ところが、映画のツイート数ランキングにて、本作が翌週（9月第5週）と翌々週（10月第1週）の2週連続で1位になり、スタート時に客が入らなかった作品がTwitter上では最も多く情報が飛び交うという結果になった。大高によると、公開2週目半ばごろから興行に異変が起こったという。都内のある映画館では、スタート時に客入りが悪かったために上映回数を減らしたが、2週目半ばから客入りが大幅に良くなったため、座席数の多いスクリーンに格上げした。公開3週目の10月7日と8日には、それぞれ前週比132%、174%の興収を記録した。新宿バルト9では10月7日から急遽上映回数を増やし、前週の10倍以上の興収を記録したという。齋藤によれば、新海誠がTwitterで言及したり、FRIDAYデジタルが「異例の興行」として報じた記事がYahoo! Japanに転載されたことが、インターネット上での評判の拡大に火を付けたという 。10月15日には、初週で上映を打ち切ったTOHOシネマズ日比谷・新宿・上野での再上映と、全国11館のTOHOシネマズでの追加上映が決定した。ギャガの調査によると、この時点での客層は、65対35で男性客が多く、30代以上は大半が男性であり、都心部では夕方以降は20代から50代の男性一人客が半数以上を占めたといい、齋藤は「想定していたファン層とは180度違う客層に支持されたことはかなりの驚きだった」と語っている。4週目、5週目になると、週末興収はそれぞれ前週比で91%、82%に留まった。しかし普通の作品に比べると非常に低い下落率であり、公開から3ヶ月以上経つ2018年12月28日現在も上映が続き、興行収入は3億円を超えたという。