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(中国香港))
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(中国香港))
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(中国香港))
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。
露恩‧芭洛特(ルーン・バロット，Rune Balot，声优：林原惠)
本作女主角，曾是雏妓。小时候长期受到父亲的性虐待，后来家庭变故，做了妓女，警察发现后被拘禁，此后内心一直封闭着。榭尔主动接近她并给了她一切，然而因“破坏规则”(榭尔所言，实际上是知道了不该知道的事)，榭尔起了杀心，欲将其杀死，性命本来应该毁于那刻。
之后潜意识接受O9，被伊斯塔博士和乌夫库克所救，并与乌夫库克组成搭档，答应其一起找寻榭尔犯罪的证据，同时寻找著自己的生存意义，封闭的内心也渐渐打开。再生后获得了干扰电子设备的能力，但是没有恢复发声的能力。喜欢乌夫库克。
乌夫库克‧潘迪诺(ウフコック=ペンティーノ，OEuFcoque Penteano，声优：八嶋智人)
私家侦探，平时形像是金黄色的老鼠，可变化成各种型态，如汽车导航系统、夜视镜、老鼠、枪支等，也充当了芭洛特的“翻译”。
性格严谨而正直，有原则性。诞生于“乐园”，被伊斯塔称为“宇宙道具”，实际上应该是极其高等的人工生命体。前任搭档是鲍伊德。最后为了回应芭洛特“我不想死”的呐喊，化作一把没有扳机的枪亲手杀死了鲍伊德。
荒田奈留(アラタ・ナル，Naru Arata) CV：宫本佳那子(日本);
13岁。年幼时母亲死去，现与祖母、父亲和妹妹3人生活。
相当病弱，要时刻携带氧气吸入器，于珊瑚岩爆发时尤其严重。
记得10年前自己十分贴近珊瑚岩和Secret的情况下，被“海巨人”守护，一直都作著类似的预知梦。后来发现图鲁斯为当时救她的“海巨人”，跟随它游走各地的珊瑚岩遗迹。后来更被对方赠送一部不知从何处到来的尼尔瓦修，但个人强调自己没有喜爱图鲁斯，而是一直都寻求跟苍处于同一个层次上的交流。
其后意外在珊瑚岩带领下，进行了短暂的时空穿梭，得知一切发生的原委。后来亦证实她自身其实已经跟珊瑚岩互相依附，是珊瑚携带者的第一人，连串事件更加速了两者融合。一度成为世界各地解放珊瑚岩的代表性人物，被封为生态恐怖分子。
另一方面，亦决定以知己的身份去感化图鲁斯，希望可以慢慢改变他的初衷。可惜此举在他得知身世后事与愿违，于是把他再一次抛入珊瑚岩中，打算令它更了解珊瑚岩。可惜此举只令对方更执著于没有珊瑚岩的平行世界，最后被图鲁斯连同尼尔瓦修一起斩断，一度生死未卜。
于第二次发射石英枪后变成跟一部分叛军合作，打算独立出来维护珊瑚岩及相关的光粒子利益。最后被苍打败，于拘留病房进行治疗。
于第三次发射石英枪后因为顺势带走了Secrets和珊瑚岩，所以不再受疾病影响。
兰顿.萨斯顿(レントン・サーストン，Renton Thurston) CV：藤原启治(日本);宋克军(中国台湾)
前作男主角，直接传承，追踪珊瑚岩来到人类加速灭亡的平行宇宙。现世代IFO原型机Nirvash的创造者。曾被苍误会为抛弃自己和母亲。
在公元12021年，为了找回意外于时空迷失的艾蕾卡，不停追查各个类似月光号的飞船。最后在一次七波聚合的时候登上自身的Nirvash，飞入时空穿梭的道路。最终穿梭到苍的世界，并向众人解释珊瑚岩及世界等等的最后谜团。一度想亲手毁灭本作多条平行宇宙中最初到达的珊瑚岩，却在苍提醒下发现有被珊瑚岩波及的各种人类，不能贸然把已经被同化的他们清除。最后在没办法下只能看着苍改变了他与艾蕾卡的命运。
深井苍/苍.萨斯顿(フカイ・アオ/アオ・サーストン，Ao Fukai/Ao Thurston) CV：本城雄太郎(日本);雷碧文(中国台湾)
本作的男主角，为前作男女主角艾蕾卡和兰顿的儿子。13歳，原定升为国中生。于冲绳的离岛—磐户岛与老医师兼家人的敏雄一同生活。拥有一部以小型客货车为原型的FP。
后来在机缘巧合下成为Nirvash的专用驾驶员，在第一次驾驶后发色由墨绿变青，被冲绳人确定是“外来人”后不受欢迎。为了回避这些目光和寻找失踪的母亲，他毅然加入“蓝色世代”，执行各国对抗Secrets的任务。而在国际的交旋之间，他对国际间的是非观有着越来越模糊的感觉，在了解珊瑚岩、Secret和图鲁斯等人的观点后更质疑自己全心全力去改变的事情，到头来会带来些什么。
做事较横冲直撞，会为了协助他人而肆意违反战斗规则，却又总是在关键地方发挥到看穿大局的小聪明。对惨绝人寰的境象尤其敏感，届时保护他人的心意会特别坚决。孤独的他有时觉得为父母添了麻烦，抱着嫌恶感。
最后从兰顿和时空改变等等的事件知道，父亲兰顿和母亲艾蕾卡一直都为了他的生存而付出无比代价，并知道生存并不是单纯纠正错误就可行，而是要怀着感谢的心情。为了报答所有人，他决定要代替母亲于11年前带着石英进入时空缝隙的命运，并用第三次、也是最后一次的石英枪对着Secrets发射，让2025年的现代跳跃至过去冲绳的珊瑚岩没有和Secrets爆炸的“未来”。随后在不停飘流的过程中意外到达某个宇宙的2027年，15歳的他决定赌上遇见“家人”和“朋友”的机会，和Nirvash Neo离别，把握时间飞向冲绳。
诺亚(ノア，Noah) CV：东山奈央
奈留检到的西表岛三趾树懒，后来跟随了苍进入“蓝色世代”，不断跟众人纠缠。
芙蕾雅・布兰(フレア・ブラン，Fleur Blanc) CV：大桥彩香(日本);杨凯凯(中国台湾)
“斑衣笛手”的IFO少女驾驶员。16岁。左撇子。蓝色世代社长的独生女。
有作为优秀的飞行员的自觉和骄傲，认真好胜，但偶尔都彰显可爱的一面。
过去因事故与母亲重伤濒死，在两个只能活一个的情况下被选择，对父亲没帮助母亲的事心存愤怒。但是，其后来得悉父亲在任务背后的各种支持，对抗的心态亦逐渐软化。在父亲牺牲自己时，她终于表露出日久未见的伤心，毅然在作战前线的同时，兼任父亲的职务。
起初对经常一击歼灭Secrets的苍存有对抗和嫉妒的心，不停以前辈的身份自居。后来发现苍在对抗父亲和坚持已见方面跟自己近似，渐渐智趣双投，成为一队愉快地争吵的冤家，亦是众人关系中最坚稳的。曾因此被爱莲娜和爸爸怀疑已成为恋人，但本人矢口否认，只是在苍跟艾蕾卡相遇时还是有点儿吃醋。后来因爱莲娜也插手于二人关系当中，所以为此吵了一场大架，却又因此逐渐理解众人的心态，决定以后都要三人并肩努力。在苍决意堕入时空缝隙前作为最后一位告别，却因为听不到最后一句而在泪水中留着近乎永远的遗憾。
曾经对瞪羚有一些情结，后来被认为是一种对父亲的渴望。
艾蕾卡.萨斯顿(エウレカ・サーストン，Eureka Thurston) CV：名冢佳织(日本);林美秀(中国台湾)
前作女主角，直接传承，追踪珊瑚岩来到人类加速灭亡的平行宇宙。Nirvash系统曾把苍辨认为她。
13年前从天上坠落冲绳，因为青发而被视为讨厌的“外来人”，从此在身边人的藐视下生活。然后于10年前的珊瑚岩爆发，令其进一步被冲绳人视之为祸端，其身份于是被搬上国际舞台作谈判筹码。后来被联合军旗下的美军带走，在冲绳地区被视为下落不明，实际上是协助联合军对抗走向冲绳珊瑚岩的Secret，最后因为来不及用Nirvash取走石英核心，而决定亲身上前，结果引发七波现象，再一次进入时空穿梭的道路。
于苍13岁的时代再次出现，却是以一副更为少女的模样面对众人，并孕有第一胎。在日本海驾驶前作的Nirvash，并带着月光号到达日本领海。把苍视为拥有其丈夫制作中的Nirvash，并作为同样被歧视的族人。经“蓝色世代”众人调查和研究以后，证实为来自未来一万年以后的人。而这是其初次从未来进行时空跳跃，13年前是往后才发生的回到过去事件，原因是其调查珊瑚岩时出现异常。后来在苍协助下，少女艾蕾卡成功进入七波，继续其时空穿梭的道路。后来证实这段时空穿梭没有想像中长和出现错误，是因为受到后来代替她进入时空缝隙某个平行宇宙的苍提供了协助。
而实际上，13年前的跳跃是为了让苍得到健康成长，不会重蹈并第一胎的覆辙，只是没完全预料到珊瑚岩到达过去的状况，所以才束成联合军的合作。而由于13年前的石英拥有时空跳跃的庞大力量，使其只能不停随石英跳跃到不停地方，其中包括不时以幻灵体姿态出现在众人面前，展示出各种真相。
最后在苍协助下，在某个平行宇宙摆脱了这个命运。
爱莲娜・皮普尔斯(エレナ・ピ-プルズ，Elena Peoples) CV：小见川千明(日本);
“斑衣笛手”的IFO少女驾驶员。
战斗时不太明白要考虑什么，我行我素中缔造出不少惊奇。酷爱二次元的亚文化，关键时刻时总是把ACG方面代入说话之中。
作为朋友，会亲近苍并一边旁观著，后来发现自己也开始喜欢对方。
深信自己是与迷失时空的艾蕾卡有着亲子关系并且于5年前被她舍弃，因此孤独面对陌生情况的她，当时只有顺势盗用某个死者的背景继续生存。纪录显示，爱莲娜本来是驻守在某个研究设施当中。
当知晓艾蕾卡存在于现代，其情绪便渐渐变得不稳定，期望对抛弃她的人作出报复。她甚至因此而背叛失去权威的“蓝色世代”，以本属金发女孩小队的后备机作交易，转投位高权重的美军，让自己可以继续用军事力量追逐艾蕾卡。
不过，那段过去只是她凭着脑内零碎的片段作出推断。以幻灵体出现的艾蕾卡其后证实，自己只是在公元1981年的加勒比海，把爱莲娜从冲击性庞大的珊瑚岩爆炸中拯救出来。然后因不想对方踏上迷失时空的旅途，而要在5年前把她遗下。后来在关玛姬的调查，亦确认爱莲娜本质确实是1981年事件的失踪者，本名为“爱伦・布鲁克斯(エレン・ブルックス，Ellen Brooks) ”。
知道真相的她一度情绪失控，直至苍等人好好安抚才可以解放多年来的心结，再次回归“斑衣笛手”。