ד"ר שלדון לי קופר (ג'ים פרסונס) הוא פיזיקאי תאורטי בעל דוקטורט במדעים ומנת משכל של 187. הוא במקור ממזרח טקסס. הוא היה ילד פלא, החל ללמוד בקולג' בגיל 11 וקיבל את הדוקטורט שלו בגיל 16. הוא זהיר יתר על המידה. שלדון מציג הקפדה על שגרה עד כדי הפגנת הפרעה אובססיבית כפייתית, כמו למשל הצורך הכפייתי שלו לדפוק שלוש פעמים על הדלת, לומר את שמו של האיש (/אנשים) שאותו הוא מחפש אחרי שלוש דפיקות והשלמתה של השגרה אפילו אם האיש פתח את הדלת לפני שהוא סיים את הדפיקות. הוא מראה חוסר הבנה של אירוניה וסרקזם וחש עליונות אינטלקטואלית על כולם. בניגוד למשפחתו של לנרד, שלדון נראה ייחודי בין בני משפחתו: אביו, ג'ורג', שמת לפני התחלת הסדרה, תואר כטקסני סטריאוטיפי שאהב כדורגל אמריקאי, ירי בצלחות חרס, ושתייה חריפה, אמו, מרי, היא נוצרית אוונגליסטית אדוקה, שאינה חכמה בכלל ביחס לחכמתו של שלדון (אם כי היא מציגה הרבה מאוד שכל ישר). אחותו התאומה, מיסי, וגם אחיו ג'ורג' הבן, תוארו על ידי מרי, אמו, בתור "טיפשים כמו מרק". בכל פעם שהוא מספר בדיחה או עושה מתיחה הוא, בדרך כלל, מדגיש את זה עם המילה "באזינגה!" (Bazinga). בסוף העונה ה-11 מתחתן עם איימי פארה פאולר, ויחד איתה זוכה בפרס נובל בפרק הסיום של העונה ה-12.
פני טלר.
פני טלר (קיילי קווקו), היא שחקנית כושלת אשר מתגוררת בשכנות לשלדון ולנרד. במקור היא מאומהה, נברסקה, ועובדת כמלצרית לפרנסתה במסעדת הצ'יזקייק פקטורי. בהמשך הסדרה היא זונחת את חלומה להיות שחקנית, ומתקבלת לעבודה כמוכרת תרופות בחברה גדולה. במהלך הסדרה היו לה כמה וכמה דייטים עם אנשים שונים, ביניהם קורט, סטיוארט וזאק. לנרד ערג לפני בעונה הראשונה והם יצאו לדייט אחד בתחילת העונה השנייה שהוביל לאי נוחות מסוימת. הם התחילו לצאת שוב והיו זוג במשך רוב העונה השלישית אך לבסוף נפרדו. הפרידה הגיעה לאחר שלנרד אמר לפני שהוא אוהב אותה, אך היא לא הייתה מוכנה להגיד לו את אותו הדבר, מכיוון שרגשותיה לא היו זהים לשלו. מאוחר יותר במהלך הסדרה היא התחרטה על החלטתה פעמים רבות. פני הושפעה במידה מסוימת על ידי החבורה, כולל אובססיה למשחקי אינטרנט, התייחסויות בדבריה למסע בין כוכבים, והבנה שהיא חייבת לצאת עם גברים יותר אינטליגנטים. היא כעסה לעיתים קרובות על אישיותו החנונית והמנותקת–חברתית של שלדון, אבל הם הראו אחד לשני במספר הזדמנויות שהם חברים טובים. בעונה החמישית פני חוזרת ללנרד, ובסוף העונה השביעית השניים מתארסים.
האוורד וולוויץ.
הווארד יואל וולוויץ (סיימון הלברג) הוא מהנדס במחלקה של מכון הטכנולוגי של קליפורניה להנדסה. לעיתים קרובות הוא נמצא בדירה של לנרד ושל שלדון. שלא כמו שלדון, לנרד וראג', להווארד אין דוקטורט. הוא מגן על זה בהצביעו על כך שיש לו תואר שני בהנדסה מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס והוא מעצב רכיבים ומכשירים לחלל. הווארד חי עם אמו השתלטנית, המתייחסת אליו כמו ילד. אף על פי שלפעמים הוא מביע רוגז על טיפול זה, לרוב נראה שהוא מעדיף את זה. הווארד משתגע מתכונות מסוימות של אמו ומשתף את החבורה בשגרה שלו איתה. אביו עזב אותם כשהוא היה 11, והסיבה לכך אינה ידועה. הווארד הוא רודף נשים ומנסה משפטי פתיחה בכל פעם שאשה נוכחת, דבר שלעיתים קרובות מתפרש כבלתי הולם. הוא יהודי, אם כי אינו אדוק באמונתו ובקיום מצוות. הווארד יצא לזמן קצר עם ברנדט רוסטנקובסקי בעונה השלישית. לאחר קשיים מסוימים, הם חזרו להיות ביחד בעונה הרביעית והתארסו במהלכה. בסוף העונה החמישית הווארד מתאמן בנאס"א כאסטרונאוט וטס לתחנת החלל הבינלאומית. הווארד וברנדט התחתנו לפני שהוא טס לחלל, ולבסוף עברו לגור ביחד. אמו מתה בעונה השמינית. נולדו לו שני ילדים: האלי ומייקל, על שם אביה של ברנדט.
ראג'ש קוטרפאלי.
ד"ר ראג'ש ראמאיין קוטרפאלי (קונאל נייאר) הוא החבר הטוב ביותר של הווארד וולוויץ, ועוד גאון בחבורה (שמו מתקצר, לרוב, לראג'). הוא במקור מניו דלהי, הודו. הוא עובד במחלקה לפיזיקה במכון הטכנולוגי של קליפורניה, ההתמחות שלו שם היא באסטרופיזיקה. כמו חבריו, הוא בעל אובססיה למדע בדיוני וספרי קומיקס בכלל. הוא בדרך כלל שואל שאלות משונות על החיים בספרי מדע בדיוני שונים כאשר רביעיית החנונים אוכלים או בדירה של שלדון ולנרד. ראג' ביישן מאוד בסביבת נשים ובעונות הראשונות לא היה מסוגל לדבר איתן, אלא אם שתה משקה אלכוהולי. כאשר פני או ברנדט היו לידו, ראג' בדרך כלל לחש את מה שרצה לומר להווארד או ללנרד, שהיה חוזר או מגיב למה שראג' אמר בקול רם. ראג' בא ממשפחה עשירה מאוד בהודו, ולעיתים קרובות מתקשר עם הוריו, ד"ר וגברת קוטרפאלי, באמצעות מצלמת רשת. במהלך הסדרה הוריו התגרשו.
שחקנים אלו התחילו בתור דמויות חוזרות, וקודמו מאוחר יותר לתפקיד ראשי. הדמויות שלהם לא הופיעו בכל הפרקים, והשחקנים קיבלו קרדיט רק בפרקים שהופיעו בהם.
ברנדט מריאן רוסטנקובסקי-וולוויץ.
ד"ר ברנדט מאריאן רוסטנקובסקי (מליסה ראוש) עבדה בתחילה כמלצרית יחד עם פני במסעדת הצ'יזקייק פקטורי כדי לממן את לימודיה, ולאחר שקיבלה את הדוקטורט שלה במיקרוביולוגיה, עברה לעבוד בחברת תרופות גדולה. בדיחה חוזרת בסדרה היא התייחסות לטיפולה של ברנדט בדגימות ביולוגיות זיהומיות לפני הכנת/אכילת מזון, או מגע גופני עם אנשים. הווארד מבקש מפני שתשדך לו את אחת מחברותיה, והיא מחליטה לשדך לו את ברנדט. בהתחלה הם לא מסתדרים משום שנראה כי אין להם דבר במשותף, אך מאוחר יותר הם מגלים שלשניהם יש אמהות שתלטניות ומתחילים להתחבר. בתחילת הקשר ביניהם מטיל הווארד ספק ברגשותיו לברנדט, משום שציפה למשהו טוב יותר, לדבריו, אך לבסוף הוא מבין שברנדט מייצגת הזדמנות לפתח מערכת יחסים אמיתית שתשרוד, ולכן, באופן אימפולסיבי, הוא מציע לה נישואין. אף על פי שברנדט דוחה את הצעתו הם נשארים ביחד לפרק זמן מסוים, אשר בסופו הם נפרדים משום שברנדט תופסת את הווארד באמצע סייבר סקס עם "הטרולית גלסינדה", במשחק המחשב World of warcraft. (מאוחר יותר התברר שהטרולית הייתה שרת מהאוניברסיטה). בהמשך השניים דנים בבעיותיהם, חוזרים להיות ביחד, ולבסוף מתחתנים. לאחר שהיא והווארד מתחתנים השם שלה משתנה לד״ר ברנדט מאריאן רוסטנקובסקי-וולוויץ.
איימי פארה פאולר.
ד"ר איימי פארה פאולר (מים ביאליק) היא דוקטור לנוירוביולוגיה (גם בחייה האמיתיים של ביאליק יש לה דוקטורט בנוירוביולוגיה). בתחילה מצטרפת איימי לחבורה על תקן "החברה האפלטונית" של שלדון, ובהמשך הופכת לבת זוגו. הווארד וראג' פותחים לשלדון כרטיס באתר היכרויות ללא ידיעתו, (על ידי מילוי תשובות שהוא היה נותן אילו היה פותח את החשבון בעצמו), ומגלים שהאתר התאים לו את איימי. הם מצליחים לשכנע את שלדון לפגוש אותה, וכשהשניים נפגשים הם מגלים שיש להם תכונות דומות רבות, והתאמה אינטלקטואלית גדולה. פעמים רבות איימי מתוארת כ"מקבילה הנשית של שלדון". בהמשך איימי הופכת, כמו ששלדון מנסח זאת - לבחורה שהיא ידידה שלו, אבל לא "חברה" שלו, אך לאחר זמן קצר הם מסיימים את הידידות ביניהם משום שנקלעו לוויכוח לגבי מהו תחום המחקר הטוב יותר - פיזיקה תאורטית, או נוירוביולוגיה. לאחר פרידתם מתחיל שלדון לפתח התנהגויות מוזרות כתוצאה מגעגועיו לאיימי, (אף על פי שאינו מודה בכך) אך לאחר התערבותה של אמו של שלדון, שגורמת לו (בעזרת פסיכולוגיה הפוכה) להסכים עם איימי, הם משלימים. מלבד היותה מיודדת עם שלדון, מתחברת איימי גם לפני וברנדט. בהתחלה היא מכניסה את עצמה בכוח לחייהן, ובמיוחד לחייה של פני, (אשר אותה היא מגדירה כחברה הטובה ביותר שלה) אך בהמשך הופכות השלוש לחברות טובות. איימי אינה מסתפקת ביחסים אפלטוניים עם שלדון, וחושקת גם ביחסים אינטימיים איתו אותם הם מקיימים פעם בשנה ביום הולדתה. מאוחר יותר היא גורמת לשלדון להגדיר אותה כבת זוגו. בהמשך הם עוברים לגור יחד. בסוף העונה העשירית שלדון מציע נישואין לאיימי ובתחילת העונה האחת עשרה היא מסכימה. בסוף אותה עונה הם מתחתנים. אימה של איימי מוצגת לרוב כשתלטנית, במיוחד בסצנות בהן היא נמצאת יחד עם בעלה.
דמויות משניות.
דמויות אלו הופיעו בכמה פרקים. הרשימה היא מיון לפי סדר כרונולוגי של ההופעה, בהתחשב בהופעה הראשונה שלהם בסדרה.
הופעות קמע.
בסדרה יש פרקים רבים בהם מופיעות דמויות קמע, זוהי רשימה חלקית:
הממלכה המאוחדת במלחמת העולם הראשונה
במהלך מלחמת העולם הראשונה הייתה הממלכה המאוחדת אחת ממדינות ההסכמה אשר לחמו במעצמות המרכז. במהלך המלחמה עברה האומה הבריטית תהפוכות אשר שינו את מבני הממלכה, הצבא והאזרחים, בהם ארגון מחדש של הצבא תוך התבססות על גיוס חובה בפעם הראשונה בהיסטוריה של הממלכה, יצירתו של חיל האוויר המלכותי, והסרת המחסומים החברתיים מהתקופה האדוארדית עקב גאיית הרגשות הפטריוטיים בקרב הבריטים עם פרוץ המלחמה. אולם, על מנת לנצח במלחמה היה על בריטניה להקריב קרבנות, וכאלה אף הוקרבו. מפחד מפני מחסור במזון ובכוח אדם, חוקקה הממשלה הבריטית את החוק להגנת הממלכה אשר העניק לה סמכויות נרחבות על מנת להגן על אזרחי הממלכה. הלך הרוח הממלכתי נע בין גישת ה"עסקים כרגיל" אשר אפיינה את תקופת כהונתו של ראש הממשלה הרברט הנרי אסקווית', לבין גישת המלחמה הכוללת של כהונתו של דייוויד לויד ג'ורג', בפעם הראשונה בבריטניה.