人类
萨姆·沃辛顿(Sam Worthington)——杰克·萨利(Jake Sully)
杰克·萨利：《阿凡达》男主角，退伍的伤残地球兵，被征召到潘多拉星球参加一个“阿凡达”的科研项目，结果爱上了这里的纳美族公主，陷入两难境地。
西格妮·韦弗(Sigourney Weaver)——格蕾丝·奥古斯汀博士(Dr. Grace Augustine)
格蕾丝·奥古斯汀博士：理想主义的植物学家，“阿凡达”计划的首席科学家，她发明“阿凡达”的初衷是想与纳美人和平交往。某种程度上她担当了男主角杰克·萨利的母亲和导师。
乔瓦尼·瑞比西(Giovanni Ribisi)——帕克·塞弗里奇(Parker Selfridge)
帕克·塞弗里奇：RDA公司在潘多拉项目的负责人，为人阴险，如同一个无良的房地产开发商。
米歇尔·罗德里格兹(Michelle Rodriguez)——楚迪·查肯(Trudy Chacon)
楚迪·查肯：军队退役女飞行员，负责将科学家们从基地运到他们偏远的“阿凡达”实验室。同情纳美人，后来倒戈帮助杰克和纳美人。
斯蒂芬·朗(Stephen Lang)——迈尔斯·夸奇上校(Colonel Miles Quaritch)
迈尔斯·夸奇上校：他是潘多拉星球人类安全部队指挥官，负责RDA公司在潘多拉星球基地的安全。他来潘多拉的第一天就被这个星球上的猛兽袭击了，从而在脸上留下了伤疤，因此他对这个星球的生物充满敌意。他是本片的大反派。
乔·大卫·摩尔(Joel David Moore)——诺姆·斯贝尔曼(Norm Spellman)
诺姆·斯贝尔曼：生物学家，研究植物和自然生态，也是“阿凡达”计划的科学家。
Na'vi族人（纳美人，纳威人）
佐伊·索尔达娜(Zoe Saldana)——妮特丽(Neytiri)
妮特丽：《阿凡达》女主角，潘多拉星球土著纳美族Omaticaya部落的公主，未来的Omaticaya部落的精神领袖，因为杰克·萨利的勇敢而爱上他。这一角色完全由电脑生成制作，但也离不开佐伊·萨达娜的表演。
CCH庞德(CCH Pounder)——Mo'at
Mo'at：纳美族Omaticaya部落酋长的妻子，妮特丽的妈妈，Omaticaya部落的精神领袖。
韦斯·斯塔迪(Wes Studi)——Eytucan
Eytucan：纳美族Omaticaya部落酋长，Mo'at的丈夫，妮特丽的爸爸，Omaticaya部落的实质领袖。
拉兹·阿隆索(Laz Alonso)——苏泰（Tsu'Tey）
Tsu'Tey：潘多拉最好的纳美族战士。妮特丽的未婚夫，未来的酋长接班人。
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