1948年、北海道余市郡余市町生まれ。
北海道大学理学部化学科卒業。同大学大学院理学研究科化学専攻修士課程修了後、オーストラリアに留学。南オーストラリア州立フリンダース大学大学院理学博士課程化学専攻に入学、1976年7月に理学博士号を取得。専門は真空材料表面科学および核融合炉壁材料。
北海道大学工学部原子工学科で助教授を務めていた1985年8月に、NASDA（現JAXA）より第1次材料実験（FMPT/STS-47、NASAミッション名「スペースラブ−Ｊ」）のペイロードスペシャリスト（PS:搭乗科学技術者）として向井千秋、土井隆雄とともに選定される。
1987年7月〜1987年12月、米国アラバマ大学ハンツビル校微小重力実験研究センターにて研究に従事。
1992年9月12日〜20日の8日間にわたり、スペースシャトル・エンデバー号に日本人科学者として初めて搭乗。第1次材料実験のPSとして、アメリカ人クルーと協力し、日米が開発した実験装置を使用して宇宙空間の特性を利用した日本側34テーマ（材料分野22、ライフサイエンス分野12）、米国側７テーマ、日米共同実験2テーマの計43テーマの実験を軌道上で実施した。また、日本の子ども達に向けた宇宙授業では無重量の不思議を宇宙から初めて生中継する。
1998年4月にはミッションスペシャリスト（MS: 搭乗運用技術者）の資格を取得し、2000年 2月には、STS-99／SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）と呼ばれる地球科学ミッションで、スペースシャトル・エンデバー号にMSとして搭乗した。合成開口レーダを用いた地球陸地の立体地図作製のデータ取得を行い、また、高精細度テレビ（HDTV）カメラによる初めての地球観測ミッションデータ取得を行った。
2000年10月より、日本科学未来館初代館長に就任。宇宙を含む広い分野における最先端科学技術を社会に伝える場作りおよび将来日本の科学技術を担う人材育成に取り組んでいる。またJAXA宇宙飛行士として後進宇宙飛行士への助言を行なっている。

1968年、東京都生まれ。
1992年3月、慶應義塾大学理工学部機械工学科卒業。
1997年12月、UNIVERSITY OF HOUSTON CULLEN COLLEGE OF ENGINEERING航空宇宙工学修士課程修了。
1992年4月からNASDA（現JAXA）に勤務し、1994年までの2年間、名古屋駐在員事務所において、H-�Uロケットなどの開発・監督業務に従事。1994年〜1999年、筑波宇宙センターやNASAジョンソン宇宙センターなどにおいて、宇宙飛行士訓練計画の開発支援や実験装置の人間機械系設計評価支援および、若田宇宙飛行士の搭乗したSTS-72スペースシャトルミッションなどの支援等、宇宙飛行士の技術支援業務に従事した。
1999年2月に、NASDA（現JAXA）よりISSに搭乗する日本人宇宙飛行士の候補者として、古川聡、角野直子とともに選抜される。
1999年4月からNASDA（現JAXA）が実施する日本人宇宙ステーション宇宙飛行士の基礎訓練に参加、同訓練修了後、2001年1月宇宙飛行士として認定される。
2001年4月から、ISS参加機関の国際協力のもとに実施されるISS搭乗宇宙飛行士のアドバンスト訓練に参加。併せて、ISSに取り付けられる｢きぼう｣日本実験棟および宇宙ステーション補給機（HTV）などの開発・運用に関わる技術支援業務などを実施。
2004年5月、ソユーズ-TMA宇宙船フライトエンジニア資格を取得。同年6月よりNASAミッションスペシャリスト（MS：搭乗運用技術者）候補者訓練に参加した。約1年8ヵ月の訓練の後、2006年2月にNASAよりMSとして認定された（MS認定のコメント）。
2007年3月、「きぼう」日本実験棟の打上げ3便のうち、2便目（船内実験室、ロボットアーム打上げ）のスペースシャトル搭乗が決定。