Vào tháng 1 năm 1992, Cơ quan Vũ trụ Canada đã bắt đầu lựa chọn thứ hai trong đội phi hành gia. Người ta cho rằng các phi hành gia của bộ này sẽ tham gia vào các chuyến bay dài trên trạm quỹ đạo " Tự do " của Hoa Kỳ. Julie Payette đã nộp đơn cho hơn 5.000 người nộp đơn và sau khi trải qua nhiều giai đoạn, vào ngày 8 tháng 6 năm 1992, cùng với ba ứng cử viên khác, đã được ghi danh vào đội tuyển CCA. Sau đó, cô đã trải qua khóa đào tạo không gian chung ban đầu ở Canada, bao gồm khoảng 120 giờ trong tình trạng không trọng lượng nhân tạo (các chuyến bay parabol).

Năm 1993, cô tham gia phát triển tương tác giữa người và máy tính trong bộ phận phi hành gia Canada. Từ năm 1993 đến năm 1996, cô làm việc như một chuyên gia kỹ thuật trong một nhóm nghiên cứu quốc tế tại NATO.

Trong tháng 2 năm 1994 tham gia (cùng với David Williams, Michael McKay và Robert Torksom) trong thí nghiệm bảy ngày để mô phỏng một chuyến bay không gian (Chương trình phi hành gia Canada Space Đơn vị cuộc sống Simulation, CAPSULS) ở Toronto. Thí nghiệm bao gồm việc đặt một phi hành đoàn có bốn người có điều kiện trong một buồng kín bị cô lập thực hiện vai trò của một trạm không gian.

Vào tháng 2 năm 1996, Julie Payett được nhận vào máy bay phản lực quân sự Canadair CT-114 Tutor tại căn cứ Không quân Canada Moose-Joe (tỉnh Saskatchewan) và được thăng chức đội trưởng của Không quân Canada. Từ năm 1997, cô tham gia chương trình bay của phi đội huấn luyện. Tổng thời gian bay là hơn 800 giờ, trong đó có khoảng 450 chiếc trên máy bay phản lực. Vào tháng 4 năm 1996, cô tham gia một chương trình lặn biển sâu trong bộ đồ cứng ở Vancouver, sau đó cô nhận được giấy phép của một người điều hành nước sâu.

Vào tháng 8 năm 1996, J. Payette bắt đầu đào tạo tại Trung tâm Johnson, cùng với các phi hành gia từ bộ 16 của NASA. Sau khi hoàn thành khóa đào tạo vào tháng 4 năm 1998, Payette đã đủ tiêu chuẩn làm chuyên gia bay và cô được bổ nhiệm vào bộ phận phi hành gia của NASA. Vào tháng 8 năm 1998, cô được chỉ định vào phi hành đoàn STS-96.