1999 년 5 월 그녀는 처음으로 국제 우주 정거장 (ISS)에 도킹 한 Discovery STS-96 승무원의 일원이었습니다. ISS는 러시아 Zarya와 American Unity의 두 모듈로만 구성되었습니다. 디스커버리는 우주 비행사가 그곳에 머물 수 있도록 준비하기 위해 보급품을 ISS로 운반했습니다. 또한 나머지 역을 짓는 데 사용되는 역 외부에 부착하기 위해 두 대의 크레인을 운반했습니다. 두 명의 우주 비행사 인 Tamara Jernigan과 Daniel Barry가 거의 8 시간 동안 우주 산책을하면서 크레인을 설치했으며 Ochoa는 Discovery의 로봇 팔을 사용하여 크레인을 지원했습니다. 오초아는 2002 년 4 월 셔틀 아틀란티스의 STS-110 임무로 ISS로 돌아 왔습니다. ISS의 프레임을 구성하는 첫 번째 트러스가 추가되었습니다. Ochoa와 우주 비행사 Daniel Bursch는 기지의 로봇 팔을 사용하여 트러스를 아틀란티스의 화물칸에서 들어 올려 기지에 부착했습니다. 네 번의 우주 비행에서 Ochoa는 우주에서 40 일 이상을 보냈습니다.
2007 년 Ochoa는 텍사스 휴스턴에있는 Johnson Space Center의 부국장이되었으며 6 년 후 이사로 승진했습니다. 그녀는 지위를 맡은 두 번째 여성이자 첫 번째 히스패닉이었습니다. 그녀의 재임 기간 동안 그녀는 특히 다른 승무원 우주선보다 더 멀리 여행 할 예정인 Orion 작업을 감독하여 화성과 같은 목적지를 인간이 탐사 할 수 있도록했습니다. Ochoa는 2018 년 Johnson Space Center에서 은퇴하여 National Science Foundation을 운영하는 National Science Board (NSB)의 부의장이되었습니다. 그녀는 2020 년에 NSB 의장이되었습니다.