Sandra Bullock trong vai tiến sĩ Ryan Stone: một kỹ sư về y khoa đang thực hiện nhiệm vụ đầu tiên trong không gian.
George Clooney trong vai chỉ huy Matt Kowalski: một phi hành gia giàu kinh nghiệm, có dự định nghỉ hưu sau khi hoàn thành sứ mệnh của đoàn tham hiểm Explorer. Ông thường kể những câu chuyện về bản thân và những câu chuyện phiếm, ông thường xuyên nhắc nhở các phi hành gia về sự an toàn khi làm nhiệm vụ.
Ed Harris lồng tiếng cho nhân vật của trung tâm kiểm soát nằm tại Houston, Texas thường xuyên trao đổi với phi hành đoàn về công việc.
Orto Ignatiussen lồng tiếng cho nhân vật Aningaaq: một thợ câu cá người Greenlandic Inuit. Ryan vô tình bắt được sóng vô tuyến của Aningaaq, những âm thanh về cuộc sống thường ngày ở Trái Đất của Aningaaq trong lúc tuyệt vọng nhất.
Paul Sharma lồng tiếng cho nhân vật Shariff Dasari: một kỹ sư trong đoàn Explorer, Shariff cùng làm việc với Ryan và Matt ở ngoài không gian.
Amy Warren lồng tiếng cho nhân vật thuyền trưởng của Explorer.
