Im Juni 1985 wurde Gemar von der NASA als Astronautenanwärter ausgewählt.
STS-38
Gemar startete am 15. November 1990 als Missionsspezialist mit der Raumfähre Atlantis zu seinem ersten Flug ins All. Im Auftrag des US-Verteidigungsministeriums wurde als Nutzlast ein militärischer Spionagesatellit ausgesetzt.
STS-48
Am 12. September 1991 startete Gemar als Missionsspezialist mit der Raumfähre Discovery in den Weltraum. Bei dieser fünftägigen Mission wurde der UARS-Satellit zur Erforschung der oberen Erdatmosphäre ausgesetzt. Der 6,5-Tonnen-Satellit führte eine der detailliertesten Studien der Erdatmosphäre durch, inklusive der Ozonschicht.
STS-62
Am 4. März 1994 startete Gemar als Missionsspezialist mit der Raumfähre Columbia zu seinem dritten Weltraumflug. Nutzlast waren die United States Microgravity Payload 2 (USMP) und Office of Aeronautics and Space Technology 2 (OAST). Mit diesen Nutzlasten konnten die Auswirkungen der Schwerelosigkeit erforscht werden.
