Podczas służby zdobył kwalifikacje pozwalające na dowodzenie okrętami podwodnymi o napędzie atomowym. 1997 – rozpoczął służbę w Dowództwie Operacji Specjalnych (United States Special Operations Command – USSOCOM) w grupie roboczej zajmującej się sprawami planowania. 1999 – przez 9 miesięcy w Głównym Inspektoracie Floty Podwodnej (Navy's Submarine Board of Inspection and Survey – INSURV) zajmował się kontrolą okrętowych siłowni jądrowych. 2000 – w maju został pierwszym oficerem na atomowym okręcie podwodnym USS Virginia (SSN-774). Był to pierwszy okręt typu Virginia.
Praca w NASA i kariera astronauty 2000 – 26 lipca został przyjęty do korpusu amerykańskich astronautów () jako kandydat na specjalistę misji. Już w sierpniu rozpoczął szkolenie specjalistyczne. Bowen był pierwszym astronautą, który wcześniej służył na łodziach podwodnych. 2002 – zakończył kurs podstawowy, po którym otrzymał przydział do Biura Astronautów NASA do wydziału eksploatacji stacji kosmicznej (Station Operations Branch). 2007 – 24 marca został specjalistą misji w załodze STS-124. Podczas lotu, który miał się rozpocząć w lutym 2008 zaplanowano dostarczenie na orbitę kolejnych elementów japońskiego modułu Kibō. Latem zmieniony został plan lotów wahadłowców do ISS i Bowena wycofano z tej załogi.