Đoạn dưới đây mô tả ngắn gọn các nhân vật chính trong manga/anime cùng những seiyū lồng tiếng cho phiên bản gốc anime tiếng Nhật:[43]

Lucy là một cô gái đột biến gen sở hữu cặp sừng nhỏ trên đầu, thuộc tộc người Diclonius có thể dịch chuyển đồ vật nặng bằng những cánh tay vector vô hình. Cô có vẻ ngoài khả ái và vô hại với mái tóc hồng ngang vai. Khoảng năm 15 tuổi, Lucy bị bỏ rơi tại trại trẻ mồ côi lúc mới sinh, lúc đó tên cô là Kaede.[44] Hồi nhỏ cô đã gặp Kouta, cậu bé có trái tim nhân hậu đồng thời là người cứu rỗi Lucy. Vì những hiểu lầm đáng tiếc, Lucy giết hại cả gia đình Kouta khiến cậu bé trở thành trẻ mồ côi, gặp cú sốc tinh thần và mất trí nhớ. Dù vậy Kouta vẫn là mối tình đầu khó quên của Lucy. Sau đó, Lucy bị bắt và trở thành vật thí nghiệm trong Viện nghiên cứu Diclonius của Kakuzawa, chịu đựng nhiều tổn thương về thể xác lẫn tinh thần. Lucy mang nỗi căm hận loài người, sau nhiều năm cuối cùng cô cũng tìm được cơ hội chạy trốn nhưng bị bắn vào đầu và biến đổi nhân cách thành Nyu.[18] Không giống như Lucy trầm tính, xa cách mọi người, lạnh lùng và tàn nhẫn, Nyu ngây thơ như một đứa trẻ, thân thiện với tất cả mọi người xung quanh, hiền lành, vô hại, rất mến Kouta và không biết sử dụng vector của mình. Khi Nyu bị tấn công hay đầu bị va chạm thì sẽ biến trở lại thành Lucy, ngược lại khi nhận được sự yêu thương, che chở từ Kouta, cô lại biến thành Nyu. Nhưng thân phận của Lucy bị bóc trần bởi sự xuất hiện của các Diclonius khác, Kouta cũng lấy lại trí nhớ. Để bảo vệ sinh mạng của người mình yêu, Lucy rời khỏi nhà Kouta và chấp nhận đối mặt với những kẻ truy bắt Diclonius. Ở tập cuối của anime, việc Lucy còn sống hay chết vẫn chưa được làm rõ.

Kouta là một thanh niên 18 tuổi chuyển đến Kamakura để học đại học. Anh được sống trong một quán trọ cũ của gia đình cô em họ Yuka và chịu trách nhiệm giữ nó gọn gàng, sạch sẽ. Hồi nhỏ, Kouta là người duy nhất không sợ hãi Kaede và đối xử với cô như bạn bè. Vì những cảm xúc tiêu cực, sự ích kỷ khiến Kaede ra tay sát hại cả nhà Kouta. Cái chết của gia đình khiến Kouta sốc, mất trí nhớ và mang nỗi đau lớn trong suốt cuộc đời còn lại. Anh cũng không nhớ mặt Kaede và tự cho rằng gia đình anh bị tai nạn mà mất.[45] Một phần vì những mất mát này mà anh rất hay bảo vệ và lo lắng cho những người mà mình từng gặp trong suốt bộ truyện.

Yuka là em họ của Kouta, cô đã nảy sinh tình cảm với anh từ lúc còn bé.[46] Cô quyết định học ở cùng trường đại học với Kouta để luôn được ở bên cạnh anh. Cô cũng có một chút ghen ghét khi nhìn thấy Kouta và Nyu gần gũi với nhau. Cô là người tốt bụng và quan tâm đến mọi người như Kouta.

Mayu là một cô bé 13 tuổi bỏ nhà ra đi do bị người cha dượng quấy rối tình dục và sự thờ ơ của mẹ ruột - người đã thừa nhận yêu chồng kế hơn cả con gái mình.[47] Cô sống lang thang trên bãi biển cùng với Wanta, chú chó mà cô xem như là người bạn của mình chứ không phải con vật nuôi.[47] Họ sống qua ngày nhờ những thức ăn thừa trong một tiệm bánh ở thành phố.[48] Cô gặp Kouta, Yuka và Nyu khi đi đến quán trọ để trả cây dù họ làm rơi trên bãi biển.

Nana, hay còn được gọi với biệt danh Số bảy[49] là một silpelit trẻ tuổi bị Kakuzawa bắt về thực hiện các thí nghiệm khủng khiếp kiểm tra độ nhạy bén và khả năng chịu đựng của diclonius khi vừa mới sinh ra. Không giống như các diclonius khác, Nana có một sự đồng cảm khá sâu sắc và những biểu hiện về sự tồn tại của cảm xúc con người, điều đó khiến cô trở nên trái ngược hoàn toàn với tính cách lạnh lùng và lạnh giá của Lucy, phần lớn tính cách ấy là do cô luôn nhận được sự yêu thương của quản lý Kurama, được cô xem như người cha tinh thần và có một sự phụ thuộc mãnh liệt.[15] Nana có giới hạn vector cao hơn Lucy, cô cũng dùng chúng để vô hiệu hoá tuyến yên của các diclonius khác.