Von Januar 1987 bis Juni 1989 arbeitete Gaffney als Wissenschaftler in der Abteilung Life Sciences der NASA. Seine 15-jährige Erfahrung im Bereich der Herzforschung führte zu seiner Nominierung als Nutzlastspezialist für die Space-Shuttle-Mission STS-40. Am 5. Juni 1991 startete er mit der Raumfähre Columbia ins All. Diese Mission wurde mehrmals verschoben, da an der Raumfähre diverse Mängel aufgetreten waren. Es war die fünfte Spacelab-Mission, die erste, die sich ausschließlich mit Biowissenschaften beschäftigte. Das wichtigste Experiment war Spacelab Life Sciences-1. Dabei wurden physiologische Untersuchungen an Menschen, 30 Nagetieren und tausenden winzigen Quallen durchgeführt. Von den 18 Untersuchungen beschäftigten sich zehn mit dem Menschen, sieben mit den Nagetieren und eines mit den Quallen.
