キューブリックはジョージ・C・スコットに「本番前のウォーミングアップ」として、B-52を解説するシーンで「羽を広げた鶏」をイメージした演技をさせている。彼は「このシーンは絶対に映画では使用しない」と言い包めていたが最終的に映画で使用したため、スコットは「二度とキューブリック作品には出演しない」と誓ったという。撮影中にキューブリックとスコットは、タージドソン将軍の描写について度々意見が衝突した。キューブリックは意見の相違が起きるとスコットにチェスで勝負を挑み、彼を打ち負かして意見を押し通したという。
セラーズの負傷により、コング少佐役には西部劇映画で活躍していたスリム・ピケンズが起用された。伝記作家リー・ヒルによると、最初はジョン・ウェインにオファーを出したが、断られたという。次にダン・ブロッカーにオファーを出したが、彼のエージェントは「脚本が共産主義寄り」として断っている。キューブリックはその後、『片目のジャック』への出演で存在を知ったピケンズを起用した。それまでピケンズはマイナーなサブキャラクターを多く演じていたが、本作への出演をきっかけにキャリアを向上させた。彼は後年、「『博士の異常な愛情』への出演以降、楽屋と小切手の額が大きくなった」と語っている。
モデルには『熱核戦争論』の著者ハーマン・カーン、マンハッタン計画の参加者ジョン・フォン・ノイマン、ナチスの元でV2ロケットを開発したヴェルナー・フォン・ブラウン、「水素爆弾の父」と呼ばれるエドワード・テラーが挙げられている。また、容姿やドイツから帰化したという経歴からヘンリー・キッシンジャーがモデルに挙げられるが、キューブリックとセラーズはこの説を否定している。セラーズは「ストレンジラヴ博士のモデルがキッシンジャーというのは事実ではありません。モデルはヴェルナー・フォン・ブラウンです」と述べている。ストレンジラヴ博士のアクセントは、写真効果コンサルタントとしてキューブリックの元で働いたウィージー（オーストリア系アメリカ人）の影響を受けている。容姿は『メトロポリス』のロトワングをイメージしている他に黒手袋、ウェーブした頭髪、政治支配から逸脱した存在などの要素が取り入れられている。また、ストレンジラヴ博士は興奮するとナチス式敬礼をする癖があるが、ウォーカーによると、この演技はセラーズのアドリブであり、義手の右手にはめる黒手袋は、撮影直前にキューブリックから借りたものだという。
セラーズはマフリー大統領を演じるために、アメリカ中西部のアクセントを習得している。また、マフリー大統領を演じる際には、イリノイ州知事やキューバ危機時のアメリカ合衆国国際連合大使を務めたアドレー・スティーブンソンからインスピレーションを得て役作りをしたという。撮影の際には風邪をひいたような声を出してマフリー大統領の貧弱さを強調し、スタッフの笑いを誘った。しかし、「マフリー大統領は真面目なキャラクターであるべき」と考えるキューブリックは、セラーズの漫画的な演技に不満を感じて撮り直している。
映画評論家アレクサンダー・ウォーカーによると、マンドレイク大佐はセラーズが演じた3役の中で最も簡単な役とされている。マンドレイク大佐は第二次世界大戦に従軍した義足のイギリス空軍将校という設定で、キャラクターはセラーズの友人テリー・トーマスや、義足のエース・パイロットのダグラス・バーダーをイメージしていると指摘している。
コロンビア映画は、ピーター・セラーズが4役を演じることを条件に資金提供を同意した。これは、「キューブリックの監督作品『ロリータ』の成功はセラーズの演技によるところが大きい」と評価されたためである。また、セラーズは『ピーター・セラーズのマ☆ウ☆ス』で3役を演じた経験がある。キューブリックは、コロムビア側の提案を受け入れたものの、後年「このようなやり方は、映画の正規の方法ではない」と語っている。セラーズはマフリー大統領、マンドレイク大佐、ストレンジラヴ博士の他にコング少佐を演じる予定だったが、彼は当初からコング少佐を演じることに消極的だった。演じる役が多過ぎることと、コング少佐のテキサス訛りを上手く表現できないことが理由だったという。キューブリックはセラーズに役を演じるように懇願し、脚本家でテキサス州出身のテリー・サザーンにテキサス訛りの台詞をテープに録音するように依頼した。セラーズはテープを聞いてテキサス訛りを習得して撮影に挑んだが、撮影中に足首を捻挫してしまい、狭いコックピット内に出入りすることが出来なくなり、コング少佐役を降板した。セラーズが演じた役の台詞は、大半がアドリブだったと言われている。
愛知県東部の豊橋市から三河湾や伊勢湾岸に沿うように、名古屋港を経て三重県伊勢市に所在する伊勢神宮とを結ぶ延長約241kmの一般国道の路線で、おもな経過地は、愛知県蒲郡市・西尾市・安城市・知立市・名古屋市・弥富市、三重県桑名市・四日市市・鈴鹿市・津市・松阪市である。三重県には、県庁所在地でもある津市の中心市街地を迂回する形で、鈴鹿市と松阪市を結ぶバイパス道路がある。三重県内の主要都市をほぼ網羅する形で結んでいるため、同県内では大動脈の役割を果たす。もともとは1952年指定の旧一級国道23号で、三重県四日市市と宇治山田市（現・伊勢市）とを結ぶ三重県内の一般国道の路線であった。1975年の一般国道の路線の追加指定の際に、在来の国道1号バイパスなどに指定されていた愛知県豊橋市 - 四日市市間が編入され、現在の路線となった。起点から三重県四日市市にかけては国道1号に並行しており、そのバイパスの役目を果たす。このうち愛知県豊明市以西の区間（名四国道）については並行する国道1号が名古屋・桑名・四日市の各市街地以外は2車線区間（片側1車線）が多く混雑が激しいため、事実上のメインルートとして機能している。一方で豊明市以東は国道1号が全線4車線なのに対し国道23号（名豊道路）は一部区間が未開通で開通区間も暫定2車線区間が多いため、バイパスとしての機能は不十分である。