Edward Asner trong vai Carl, một ông già cổ hủ, chống nạng và lãng tai. Ông là một người đàn ông góa vợ cay đắng với cuộc đời.
Jordan Nagai trong vai Russell, một hướng đạo sinh và hành khách bất đắc dĩ trong căn nhà của Carl. Mặc dù chưa bao giờ đến nơi hoang dã, cậu rất buồn vì cha cậu lúc nào cũng bận rộn và không có thời gian để chơi với cậu; trong chuyến đi, Russell có một câu nói với Carl gợi ý rằng cha mẹ cậu không còn sống chung nữa.[8] Docter đã thử giọng trên 400 cậu bé toàn quốc cho vai này. Nagai, một người Mỹ gốc Nhật[9], đến cuộc thử giọng với người anh, người thật sự thử giọng. Docter nhận thấy Nagai có cư xử và cách nói không ngừng giống Russell và chọn cậu cho vai này. Nagai chỉ được bảy tuổi khi nhận vai. Docter khuyến khích Nagai nhập vai bằng hành động cũng như lời nói khi thu âm cho vai này, và đã kéo cậu ngược đầu và cù lét cậu trong cảnh Russell gặp Kevin. Nhiều người Mỹ gốc Á đã chú ý đến việc Pixar đã chọn một người gốc châu Á làm vai chính,[10] khác với việc thường lệ là dùng một diễn viên không phải gốc Á cho các vai của nhân vật Á châu.[11]
Bob Peterson trong vai Dug, một con chó biết nói. Peterson cũng là nhà viết kịch bản cho bộ phim.
Pete Docter lồng giọng của con chim Kevin. Russell đã đặt tên con chim là Kevin, một tên phái nam, và chỉ sau này mới biết được Kevin là một con chim mái. Pete Docter cũng là đạo diễn của phim.
Christopher Plummer trong vai Charles F. Muntz, nhân vật phản diện chính trong phim. Ông là một nhà thám hiểm từ khi Carl và Ellie còn nhỏ và vốn là thần tượng của họ. Ông bỏ đi và sống ở Nam Mỹ từ khi một mẫu vật ông đem về bị cho là giả mạo, và thề sẽ không trở về cho đến khi đem về được con vật đó còn sống. Chính khao khát đó đã biến ông ta thành kẻ ác.
Nhân vật phụ
Ellie khi đã trưởng thành: không có giọng nói
Elizabeth Docter trong vai Elie khi còn nhỏ. Diễn viên đóng vai là con gái của đạo diễn, và cô cũng đã vẽ một vài hình ảnh mà Ellie đã vẽ trong phim.[12]
