在1983年至1985年间，土井隆雄在日本航空航天科学院研读研究生，专攻领域为太空推进动力系统，这段经历为他后续的科研生涯奠定了坚实的基础。

1985年，他加入了美国航空航天局(NASA)的刘易斯研究中心，担任全国科研委员会科研助理，进一步深化了他在国际空间领域的专业知识。

同年，土井博士转投日本国立太空开发机构(NASDA)，开始了他在有人驾驶太空项目上的长期贡献。在这里，他一直致力于推动日本太空探索的进展。

1987年至1988年，他在科罗拉多大学期间，专攻微重力流体动力学，进行了一系列深入研究，这无疑丰富了他的科研经验。

1989年，以访问学者的身份，他来到日本国立航空宇宙实验室，继续扩展他的研究视野。他的学术影响力不断提升。

1992年，土井隆雄有机会成为日本太空实验STS-47的备选宇航员，这显示了他作为科学家的卓越能力和国际认可。

1994年，他作为项目科学家，参与了国际微重力实验STS-64项目，这标志着他在太空科学领域的活跃和重要角色。

2003年，随着NASDA与空间与太空科技协会(ISAS)和NAL的合并，成立了JAXA，日本宇宙航空研究开发机构，土井隆雄的科研生涯也进入了一个新的阶段。