Sam Worthington som korporal Jake Sully, en tidligere soldat i det amerikanske marinekorpset som har blitt lammet fra livet og ned. Han deltar i Avatar-programmet. Stephen Lang som oberst Miles Quaritch, lederen for de militære styrkene og ansvarlig for sikkerheten til menneskene på Pandora. Sigourney Weaver som Dr. Grace Augustine, en botaniker og lederen for Avatar-programmet. Hun er også Jakes mentor. Michelle Rodríguez som Trudy Chacón, en pilot i marinekorpset som frakter deltakere i Avatar-programmet rundt på Pandora. Giovanni Ribisi som Parker Selfridge, lederen for gruvedriften på Pandora. Joel David Moore som Norm Spellman, en antropolog som studerer plante- og dyrelivet som en del av Avatar-programmet. Dileep Rao som Dr. Max Patel, en forsker som jobber i Avatar-programmet og hjelper Jake i opprøret.