Canadian Space Agency
عمل ويليامز كرائد بحار في أول طاقم في مختبر أكواريوس تحت الماء في أكتوبر 2001 في عمليات مهمة البيئة القصوى (نيمو) التابع لناسا. خلال هذه المهمة، كان سعيدًا بمصافحة مستكشف ما تحت الماء الكندي جو ماكينيس. كان من المقرر في الأصل أن يتولى ويليامز قيادة نيمو 7 في أكتوبر 2004، ولكن حل محله عضو طاقم احتياطي وزميله رائد فضاء وكالة الفضاء الكندية روبرت ثيرسك بسبب خضوع ويليامز لمراجعة مشكلة طبية مؤقتة. في أبريل 2006 قاد ويليامز مهمة نيمو 9. خلال هذه المهمة التي استغرقت ثمانية عشر يومًا، طور الطاقم المكون من ستة أفراد إجراءات استكشاف سطح القمر وتطبيقات تكنولوجيا الطب عن بُعد.