天王寺绹(天王寺 綯(てんのうじ なえ)，声：山本彩乃)
年龄：20岁。生日：1998年11月9日。血型：A型。
本作女主角之一。JAXA新人研究员，总是面带纯真的微笑，但有时候会突然展现毒舌本性。能为目的而不择手段行动，被朋友称为“失控女”。
在前作《Steins;Gate》中以11岁之龄登场，与前作略有不同的是，绹是本作核心人物之一。
似乎喜欢海翔(从动画第21话秋穗被海翔告白时得知)。
被泽田称为“小布朗”，因为其父亲有“Mr. Braun(映像管先生)”这个外号(见Steins;Gate)。
八汐海翔(八汐 海翔(やしお かいと)，声：木村良平、关根航(8岁)(日本);陈振声(香港))[5]
年龄：18歳。生日：2001年5月5日。血型：B型。身高：165cm。
本作主人公。中央种子岛高校普通科3年2组，住家在南种子町。
秋穗的青梅竹马，在美佐希离开的请托照顾她。表面经常对秋穗摆出冷淡且随便的态度，实际上是十分关心并喜欢她，总在必要关头时陪在身边或替她解决问题，加入机器人研究部和吃瑞榎卖的百香果包子获得情报都是为了帮助她。
重度格斗游戏宅，一直在玩名为KILLBALLAD(ガンヴァレル キルバラッドON-LINE，英文全名 - GUNVARREL KILL BALLAD)的机器人格斗网络游戏，世界排名一直维持第五位。曾被开发者芙拉认为是作弊者之一，后来被芙拉要求协助检查前四位是否也作弊。
九年前被卷入银莲花号集体昏迷事件(あねもね号集団失神事件)并罹患后遗症——慢镜头(スローモー，英文 - Slow Motion，正式病名为 - エレファントマウス症候群)。发作时心脏会加速跳动，头脑陷入暂时缺氧的状态，将现实的1秒主观地延长至30秒左右。从旁人看来反应速度会变得非常快，但之后会产生暂时无法活动程度的疲惫感。在钢巴雷尔制作计划中担任主操作员，因为有慢镜头这招可用，在N IV电磁波发射装置协助下可由人为引发该后遗症，在阻止黑洞炸弹火箭发射行动中驾驶改造的超级钢制做1号机打败SUMERAGI。
小时候曾梦想当太空人。
动画第21话与秋穗告白，成为情侣并接吻。
大德淳和(大徳 淳和(だいとく じゅんな)，声：德井青空)
年齢：17歳。生日：2001年8月10日。血型：O型。身高：156cm。三围：73-54-76。
本作女主角之一。中央种子岛高校普通科3年1组。家里经营空手道场。
像小动物一样胆小害羞，但一手承担着照顾家人的任务。
虽然从小就一直努力练习空手道，但因为害羞而在人前会发挥不出实力。
兴趣是都市传说，但实际上很害怕幽灵之类的超自然现象。不擅长拒绝他人的请求。
在钢巴雷尔制作计划中担任动作演员和候补操作员。
濑乃宫秋穗(瀬乃宮 あき穂(せのみや あきほ)，声：南条爱乃(日本);郑佩嘉(香港))
年龄：18歳。生日：2001年4月13日。血型：A型。身高：157cm。三围：76-56-77。
本作主要女主角。中央种子岛高校普通科3年2组，住家在南种子町。
海翔的青梅竹马，健一郎的女儿也是美纱希的妹妹。性格热血又认真，且还是纯真的乐天派，不论遇到什么挫折总是能一笑置之的来应变，但实际上那只是表面在苦撑而已，内心其实很容易低落受挫，因为海翔的协助与支持才能撑那么久。在姐姐美纱希袭击世博会并破坏机器人研究部做的钢制做2号机后终于忍受不住而崩溃，所幸最终仍被海翔协助而重新振作。
机器人研究部的部长，钢巴雷尔制作计划的总负责人。一直希望能将姐姐美纱希时打造的钢制做1号机完成并送上世博会展览，因此才积极向学校申请增加社团经费。喜欢机器人动画，特别是“机动执事钢巴雷尔”(機動バトラー ガンヴァレル)，常会模仿动画角色的台词或动作。
九年前被卷入银莲花号集体昏迷事件并罹患后遗症——快进(ファスト・フォワード，英文 - Fast Forward)。发作的时候时间流逝会主观地变快，五分钟用一秒钟来感觉。从旁人看来行动会变得非常迟缓甚至难以行动。
动画第21话与海翔成为情侣并接吻。
日高昂(日高 昴(ひだか すばる)，声：细谷佳正(日本);黎景全(香港))
年龄：16歳。生日：2003年2月22日。血型：A型。身高：170cm。
本作男主角之一。中央种子岛高校情报处理科2年1组。海翔跟秋穗的后辈。对机械工程学很熟悉。
表面上看似冷淡，实际上对机器人的事情十分热衷。
帅气冷静的外表使其受女性欢迎，但禁欲的性格使其不擅长同女性交往。紧张的时候会咬舌头。
在钢巴雷尔制作计划中担任设计者。就设计问题常常同秋穗争论。
Mr.Pleiades(ミスター・プレアデス)
是日高昴在参加ROBO ONE大赛时所用的名字。使用机体为M-45。
神代芙拉(神代 フラウ(こうじろ ふらう)，声：名冢佳织(日本);赖芸芬(香港))
年齢：16歳。生日：2002年6月17日。血型：B型。身高：156cm。三围：77-58-78。
本作女主角之一。中央种子岛高校情报处理科2年1组。从私立金丝雀学园高校转来的转学生。
又腐又宅且口无遮拦，集家里蹲御宅族的缺点于一身。不仅在网络上，在现实中也会使用大量的网络用语。兴趣是对男性间的同性恋进行妄想。对弱气的女性也有着相当大的兴趣。
拥有2000万以上玩家的机器人格斗网络游戏——KILLBALLAD的程序设计师。神代芙拉是作为程序设计师的笔名，原名是古郡可娜(ふるごおり こな)。
因一次死歌的对战与海翔相遇并产生兴趣，为找寻海翔而搬到种子岛后将废弃的旅馆买下并改装后在里面生活。转学第二天以来就没上过学。因为喜欢冷的地方和防止大型计算机的过热，房间里一直开着冷气。生活上相当邋遢。有着隐藏的傲娇属性，常以家里蹲模式来混过去，喜欢着海翔，初吻献给海翔(海翔的初吻被夺去)。
在钢巴雷尔制作计划中担任姿势控制系统和操作系统的程序设计师。
母亲任职之前大热机器人动画“机动执事钢巴雷尔”(機動バトラー ガンヴァレル)监督，在芙拉十岁时失踪。经芙拉调查后，怀疑整个动画剧组受人洗脑，致动画最终回情节与Project ATOM内容相近。整组人员在最终回前被杀害，而知道内情的监督，在后来网络流出的最终回的样稿中留下线索。