テレビアニメ版では出演声優が気持ち良く演じられるようにという配慮から、登場人物には可能な限り名前が設定されており、原作では名前で呼ばれる場面がなかったゲストキャラクターにもフルネームが設定されている。テレビアニメ版では、各話アイキャッチが登場人物の誕生星座十二宮をモチーフにした黄道十二星座ものとなっており、原作では誕生月や誕生星座が明らかではなかった人物も登場する。テレビアニメ版では地学部部員の身長と誕生日が設定されている。
主要な登場人物にはイメージカラーが設定されており、テレビアニメ版では各登場人物の瞳のハイライトに、その人物と関係が深い登場人物のイメージカラーが配されている。
地学部とその関係者.
主要登場人物たちが所属する、高校のクラブ活動として地球科学全般の雑多な学問を扱う部。物語開始年に天文部の地質研究会の合併によって設立された。萌（すず）からは「ごちゃ混ぜは地学部の売り」と評されている。先輩後輩分け隔てなくニックネームで呼び合う間柄で、劇中ではあまり本名で呼ばれない。物語のテーマ上、登場人物全員に将来の夢や目標が設定されており、それぞれの夢に向き合うサブプロットが用意されている。
新聞部.
野球部.
教員.
幸の同僚。
主要登場人物の家族たち.
原作では、登場人物の父母、祖父母などには名前が設定されていなかったものの、テレビアニメ版では登場エピソードのエンドクレジットでフルネームを確認することができる。
みらとあおの家族.
後にあおの住み込み先にもなるみらの家族と、あおの家族。
萌（すず）の家族たち。
学校外の活動で出会う人々.
「きら星チャレンジ」関係者.
設定.
物語の舞台.
主要登場人物らが通う高校には星咲高校（ほしざきこうこう）という学校名がつけられている。テレビアニメ版では、最寄り駅として星咲駅（ほしざきえき）という駅名の駅が登場している。
劇中では登場人物が住んでいる具体的な地域のモデルは曖昧にされており、読み取れる形で街区表示板が描写されている場面でも、描かれているのは架空の地名である。ただし、劇中における主要登場人物たちの日常的な行動範囲に登場する店や商店街は、埼玉県川越市や茨城県にある実在の店舗などをモチーフにしているといわれる。
星咲高校地学部.
登場人物が旅先で訪れる場所.
書誌情報.