Respecto al diseño del personaje de Rei, Hideaki Anno aconsejó a Yoshiyuki Sadamoto que «sobre cualquier otra cosa, necesita ser descrita como una chica amargamente infeliz y con poco sentido de la presencia».Sadamoto se inspiró para dibujar a Rei gracias a la canción de la banda Kinniku Shōjo Tai, "Hotai de Masshiro na Shojo" ("La chica blanca con vendajes").Ukina, un personaje de la obra anterior de Sadamoto, "Koto", sirvió como modelo para Rei.Anno requirió un personaje "genial y con cabello corto", y Rei fue originalmente diseñada con piel morena y ojos oscuros; sin embargo, fue necesario distinguirla de la otra protagonista femenina, Asuka Langley Sōryū, por lo que Sadamoto entonces la diseñó con ojos y cabello totalmente opuestos a Asuka.Anno también fue quien sugirió dibujarla con ojos rojos, una característica que le permitió darle más personalidad.