Bước đầu tiên để trở thành phi hành gia đó là bạn phải được rèn luyện để có kinh nghiệm ở các lĩnh vực liên quan. Các ứng viên được chia ra làm hai loại: ứng viên quân sự và dân sự. Các ứng viên quân sự sẽ làm thủ tục nộp đơn ứng tuyển ở đơn vị công tác của họ. Mõi đơn vị sẽ có một quy trình riêng. Trong khi đó, các ứng viên dân sự nộp hồ sơ trực tiếp cho NASA.
Về học vấn, NASA muốn phi hành gia của họ phải có ít nhất một bằng cử nhân kỹ thuật, khoa học sinh học, vật lý hoặc toán học. Một số khác ngoại lệ có thể được chấp nhận như địa lý hoặc quản lí hàng không. Nhiều phi hành gia của NASA đã có bằng thạc sĩ, một số đã đang làm nghiên cứu sau tiến sĩ trong lĩnh vực của họ.
Về kinh nghiệm làm việc, 3 năm là con số tối thiểu mà NASA đòi hỏi ứng viên của họ phải làm việc trong lĩnh vực chuyên môn có liên quan. Một ứng viên quân sự được ưu ái hơn về kinh nghiệm. Trong khi đó, nếu là một phi công máy bay phản lực, họ phải đạt ít nhất 1000 giờ bay. Người đã có bằng thạc sĩ hoặc tiến sĩ được giảm số năm kinh nghiệm yêu cầu.
Tiếp theo vòng hồ sơ là kiểm tra sức khỏe. Đây là các yêu cầu tối thiểu:
- Tầm nhìn 20/20 ( tự nhiên hoặc đeo kính đều được)
- Huyết áp không quá 140/90 trong trạng thái ngồi
- Chiều cao trong khoảng 1m60 đến 1m90
Mục đích cuối cùng của kiểm tra sức khỏe là đánh giá bạn có thể trạng tốt nhất cho những trường hợp khẩn cấp như trở về Trái Đất hay cấp cứu trong quỹ đạo hay không.
Bên cạnh kiểm thệ trạng, sẽ có một bài kiểm tra tâm lý bằng phỏng vấn. Những ứng viên phải có cả thể chất và tâm lý ổn định mới được chọn lựa. NASA qua đó cũng muốn khai thác các ứng viên linh hoạt, có kỹ năng làm việc nhóm tốt và quan trọng là một niềm đam mê khám phá học hỏi.