Julius Robert Oppenheimer（基里安·墨菲Cillian Murphy饰）
电影的核心人物「原**之父」奥本海默，本名尤利乌斯·罗伯特·奥本海默(Julius Robert Oppenheimer)，1904年出生于美国纽约，除了出名的物理学领域外，在理论天文学、光谱学和量子场论等都有所成就。
他对第二次世界大战有着巨大的影响力，在美国加入二战初期，奥本海默便被时任总统批准加入曼哈顿计划，负责研发、设计原**，并于1945年7月16日于新墨西哥州参与知名的三位一体体试验。结束第二次世界大战的两颗原**「小男孩Little Boy」、「胖子Fat Man」皆由他主导研发。
Katherine“Kitty”Oppenheimer（艾米莉·布朗特Emily Blunt饰）
奥本海默的妻子凯瑟琳·奥本海默(Katherine“Kitty”Oppenheimer)是一位知名的德裔生物学家、植物学家，她和奥本海默的弟弟、弟媳都是共产党员。在和奥本海默结婚前，她曾有过两段婚姻，第二段婚姻期间她怀上奥本海默的孩子，才与前夫分开，除此之外，凯瑟琳曾经是奥本海默底下的研究生，两人间复杂的关系在当时备受质疑。
凯瑟琳在曼哈顿计划中，充分发挥了生物学家的才能，她负责协助计划组员们检验血液，评估辐射对人体的危险性。
Leslie Richard Groves Jr.（马特·达蒙Matt Damon饰）
小莱斯利·格罗夫斯(Leslie Richard Groves Jr.)是二战时期知名的美国陆军工程军官，负责监督五角大厦执行的曼哈顿计划，并肩负收集敌军情报资料与选定原**最终投掷地等项目。第二次世界大战结束后，他继续担任曼哈顿计划的负责人，直到1947年由美国原子能委员会接管核武器相关职责。
Lewis Strauss（小罗伯特·唐尼Robert Downey Jr.饰）
路易斯史特劳斯(Lewis Strauss)是一名美国商人、慈善家与海军军官，他在二战期间为美国海军效力，同时成立了旨为癌症病患提供良好放射治疗的研究会，开始投入原子能领域。在战后接替麦迪文Matt Damon饰演的小莱斯利·格罗夫斯(Leslie Richard Groves Jr.)担任美国原子能委员会的两届主席，是在核能发展、美国核能政策、美国核电的重要人物。
Jean Tatlock（弗洛伦丝·皮尤Florence Pugh饰）
琼·塔特洛克(Jean Tatlock)是美国精神科医师，和奥本海默的妻子一样都是美国共产党的成员，同时是共产党刊物《西方工作者Western Worker》的记者。她和奥本海默间有着剪不断理还乱的情感关系，在奥本海默加入「曼哈顿计划」后，成为他的婚外情对象。
不过根据其友人的回忆录，她其实是位女同性恋者，长期受到个人性向、共产党员、奥本海默的情妇的多重压力影响，最终在1944年因忧郁症自杀身亡，年仅29岁。
Albert Einstein（汤姆·康蒂Tom Conti饰）
作为现代最广为人知的科学家，爱因斯坦(Albert Einstein)提出了制作原**需要的相关公式，同时也是他率先提起制作原**的计划，并敦促时任美国总统一定要赶在德国之前完成，而奥本海默及其团队将这些化为现实，在制造原**上两人都贡献极多。