בין השנים 1989–1993 עבדה ויטסון כחוקרת ביוכימאית במחלקת מחקר ותפעול ביו-רפואי במרכז החלל ג'ונסון. במהלך שנים אלו עסקה בעיקר במחקר: ב-1991–1992 הייתה מובילת המטעד למחקר בתאי עצם בניסוי Bone Cell Research Experiment (E-10), ניסוי שטס על טיסת המעבורת STS-47. כמו כן הייתה חלק מצוות עבודה משותף בין ארצות הברית וברית המועצות בנושאי רפואת חלל וביולוגיה. במהלך השנים 1991–1993 עסקה גם בניטור ופיקוח טכני במעבדות למחקר ביוכימיות.בשנת 1992 מונתה כמדען הראשי בתוכנית מיר ומעבורות החלל (תוכנית הכללה את טיסות המעבורת STS-60, STS-63, STS-71, ומשלחות 18 ו-19 לתחנת החלל מיר). ויטסון שימשה בתפקיד זה עד לסיומו של שלב A1 בתוכנית בשנת 1995. ויטסון הייתה גם היו"ר במשותף של קבוצת העבודה המשותפת בין ארצות הברית וברית המועצות בנושאי מדע במשימות החלל (U.S.-Russian Mission Science Working Group).לאחר תפקיד זה ובשנים 1993–1996 שימשה כסגן מנהל המחלקה במחלקת מדעי הרפואה במרכז החלל ג'ונסון.
באיזו שנה מונתה פגי ויטסון לתפקיד המדען הראשי בתוכנית מיר ומעבורות החלל?
1992