アルドノア・ゼロ
3万年ほど前に火星に存在した文明。アルドノア技術の実用化や月面にハイパーゲートを設置するなど惑星間移動すら可能とした高度な文明だったが、その担い手である古代火星人の消息は不明なままである。古代文明当時の火星は水と空気が豊富であったが、現代ではかなり少なくなっている。
またヴァース帝国初代皇帝レイレガリアによると、古代火星人は火星のことを「ヴァース」と呼んでおり、これがヴァース帝国と言う国家名の由来となっている。
地球連合本部での戦闘から19ヵ月後。依然として、火星と地球の戦争状態は未だ継続していた。ザーツバルムの揚陸城で消息不明となったアセイラムだったが、火星側の月面基地に戻り、火星騎士を煽動する演説を行っていた。そして、その傍らには火星騎士となったスレインと、彼によって命を救われたザーツバルムの姿もあった。だが、それはアセイラムの異母妹であるレムリナ・ヴァース・エンヴァースを利用した火星側のプロパガンダであり、そして本物のアセイラムはスレインによって保護され、生命維持装置に繋がれていつ覚めるともない眠りについていた。
一方で地球側では、宇宙での作戦のためにデューカリオンの発進準備が進められていた。そんな中、火星騎士の一人、ヤーコイムから攻撃を受け、彼のカタフラクトの能力に地球のカタフラクト隊が苦戦を強いられるが、揚陸城での決戦で瀕死の重傷を負っていた伊奈帆が復帰し、彼の的確な戦術によってヤーコイムは撃破される。その2日後、デューカリオンは伊奈帆たちを乗せて出航。地球連合軍の宇宙基地であるトライデント基地に入港する。そして、宇宙においても両軍は激突することとなる。その最中、ザーツバルムは自身の後継者としてスレインを養子に迎えることを発表する。だが、スレインはザーツバルムへの復讐心を持ち続けており、彼の信頼を得ることは計算のうちであり、スレインはマリネロス基地をめぐる戦闘の混乱に乗じてザーツバルムを謀殺。彼の後継者として伯爵の地位を得る。
声 - 手塚ヒロミチ
第2クールから本格的に登場。37家門の騎士の一人。身分は伯爵。第1クールではアメリカのニューオーリンズに揚陸城を落着させた。それ以降は対峙した地球連合軍の部隊をことごとく退けてきたが、第2クールでは鞠戸やユキ、韻子たちの部隊と戦うことになり、戦闘中に伊奈帆の観測を受けた戦艦デューカリオンの主砲弾の直撃を受けて乗機が爆発、戦死する。
声 - 千葉進歩
第2クールから登場。37家門の騎士の一人。身分は伯爵。地球人であるスレインを毛嫌いしているが、その実力は認めている。しかし、マズゥールカの消息不明を受けてスレインへの憎しみを募らせ、アセイラム(レムリナ)に面会し、スレインに近衛兵の座を掛けた勝負を挑む。決闘では乗機の攻撃方法を生かした戦法でスレインを追い詰めるが、彼の策に乗せられて逆に窮地に陥り、最後は宇宙空間に生身で放り出されて死亡した。その後、自身の資産は全てスレインへと譲渡(没収)され、カタフラクトもハークライトの物となった。
「A/Z」(第2話・第3話・第5話・第6話・第9話、総集編 - ALDNOAH.ZERO EXTRA ARCHIVES) 「aLIEz」(第4話・第7話・第8話・第10話・第11話、総集編 - ALDNOAH.ZERO EXTRA ARCHIVES) 作詞・作曲・編曲 - 澤野弘之 / 歌 - SawanoHiroyuki[nZk]:mizuki 放送回によって2種類のエンディングテーマを使い分ける形で使用。第12話はエンディングテーマ無し。 「GENESIS」(第14話 - 第22話) 作詞 - 唐沢美帆 / 作曲 - 丸山真由子 / 編曲 - 佐藤あつし、清水武仁 / 歌 - 藍井エイル 「Harmonious」(第23話) 作詞 - 肇 / 作曲・編曲 - 澤野弘之 / 歌 - アセイラム・ヴァース・アリューシア starring 雨宮天
声 - 加隈亜衣
伊奈帆の同級生で、韻子の親友。15歳。カーム同様、ヘブンズ・フォールにより新芦原に移り住んできた。おっとりとした性格で、育ちが良い。鞠戸の呼び掛けに応じて避難民の救助に向かうべく、操舵手として揚陸艇に乗り込んだ。軍属となってからも操舵を担当している。
第2クールにおいても戦艦デューカリオンの操舵手を務めているが、「軍服がかわいくない」からと学生服姿で任に就いている。アセイラムの態度の変化には困惑している。
地球連合軍のカタフラクト。機体色はオレンジ。後述するアレイオンの前世代機で、主に訓練用として使用されている。武装はアレイオンと互換性がある。その他、オプション装備として「タクティカルスーツ」や「コンフォーマルパワーアシスト」という強化システムが用意されている。脚部に推進器と滑空用の大型安定翼を持ち、これを展開することで短時間ながら低高度を飛行することが出来るほか、緊急時にはスタビライザーを盾として使用可能である。また、モジュール式脱出装置を備えている。
作中の日本では高校においてカタフラクトを用いた兵科教練を受けることが必修となっており、伊奈帆らはこの機体で教習を受けていた。開戦後、ニロケラスに対抗するため伊奈帆らは高校で保管されていた本機を3機持ち出し「わだつみ」と合流、種子島に向かう途中のアルギュレとの戦闘で1機が失われている。伊奈帆は軍属となってからも、慣れていて軽い機体が良いとして本機を使い続けている。技術的熟成が進んだ機体ゆえに、数多くのオプション装備の選択肢があり、それらを活用することで柔軟かつ効果的な運用が可能だという面も、伊奈帆にとっては戦闘時の利便性に繋がっていたと思われる。
声 - 三澤紗千香
地球に住む火星人の少女。16歳。ヴァース帝国のスパイとして長年地球へ潜伏し皇女暗殺テロを実行した、ウォルフ・アリアーシュの娘。テロ事件の口封じとして、トリルランによって父や仲間が殺害される現場に居合わせてしまい、自身も抹殺対象として追われていた所をユキに助けられ、伊奈帆たちと出会い、その後は彼らと行動を共にすることとなる。火星人だが父の理不尽な死からヴァース帝国への憎悪は強く、二ロケラスやヘラスとの戦闘では伊奈帆たちに協力する。地球潜伏中に学校へは通っていなかったが、武器に造詣が深く、カタフラクトの操作もこなす。普段は淡々とした、やや斜に構えた性格だが、時折感情を爆発させ暴走することがある。地球連合軍との合流後は地球の民間人として振舞っていたが、正体を明かしたアセイラムが地球人に受け入れられた現実を目の当たりにして苦悩し、結果アセイラムを襲ってしまう。その後、自らの素性を明らかにし、命を絶とうとするが阻止され、拘束される。連合本部が襲撃された際には、搭乗者を失ったアレイオンに自ら乗り込み、戦艦デューカリオンに向かうアセイラムを援護した。
第2クールでは正式にマスタング小隊に配属され、アレイオンのパイロットとして戦艦デューカリオンに乗艦している。コールサインは「マスタング2-2」。火星騎士のマズゥールカが捕虜となった際は、伊奈帆と共に彼の脱走を手助けし、最終決戦ではバルークルスと激戦を繰り広げた。
声 - 雨宮天
本作のヒロインで、地球側と火星側の中心に位置する人物。15歳。ヴァース帝国の第一皇女で、皇帝レイレガリアの孫娘。皇帝のレイレガリア以外で唯一全てのアルドノアを起動・停止できるため、侍女のエデルリッゾからは「神の力を呼び覚ます身の上」と言われている。火星では珍しく地球人に対して偏見を持っていない人物で、地球の出身であるスレインとも幼い頃から仲がいい。穏やかな性格だが皇女としてのマナーや護身術の教育を受けている。火星と地球は友好を結ぶべきという理想を持つが、国家を代表する身分としての自覚が薄い面もある。理想の実現のため親善大使として地球を訪れるが、戦争を目論む火星騎士が起こした暗殺事件によって開戦のきっかけを作ってしまう。しかし、体調不良のため護衛隊が急遽立てた影武者により九死に一生を得て、光学迷彩のホログラムを応用して民間人に姿を変え、侍女のエデルリッゾと共に潜んでいた所を伊奈帆と出会い、暫くの間「セラム」という偽名を名乗り、事態収拾のため地球連合軍側と行動を共にする。ある際、火星人を憎むライエによって首を絞められ一時は心肺停止の状態に至るが、伊奈帆の蘇生措置によって一命を取り留める。その後、自分を暗殺すべく連合本部を強襲してきたザーツバルムを止めるため、伊奈帆らと共に揚陸城に乗り込みアルドノアドライブを強制停止するが、伊奈帆に駆け寄った所を背後にいたザーツバルムに撃たれてしまう。
声 - 大川透
37家門の騎士の一人。身分は伯爵。43歳。地球側のテロに偽装したアセイラムの謀殺と地球への全面侵攻を画策した人物。表面的にはクルーテオの友人だが、彼の周囲に幾人もスパイを配置して動向を探るなど、いざとなれば排除することさえ躊躇しない冷酷な策士。長きにわたり本国を離れていた事情も手伝って一種の軍閥を形成し、地球との戦争を望む強硬派を主導する立場にあり、アセイラムの死を契機にして他の火星騎士を煽動し地球侵攻を実現する。生活が困難になりつつある火星人の生活をより良くしたいという大義を持っているが、15年前の戦争に尖兵としてオルレインと共に参加した際の一件や、反地球感情を煽ることで国内の結束を固める政策を取るヴァース帝国には冷淡な感情を持ち、地球のみならず皇帝一族にも根深い恨みを持っている。その一方で、15年前に助けられたという過去からスレインの父親であるトロイヤード博士には恩義を感じており、それに報いる義務としてスレインを保護し、自ら過去と謀殺計画の真相を語るが、アセイラムを殺さないで欲しいというスレインの要望を聞き届けることは無かった。
地球の航空戦力としてF-22が多数、揚陸城やスカイキャリアの迎撃に投入される。
種子島の秘匿基地で対火星軍用の兵器として実験的に開発され、格納されていた飛行戦艦。カタフラクトのデューカリオンから移されたアルドノアドライブを動力源としているが、肝心のアルドノア起動の術を見出せなかったため、実用化が暗礁に乗り上げた格好になり、計画は凍結状態となって半ば放棄されていた。「わだつみ」が基地に避難した際にアセイラムの手で起動され、「わだつみ」の乗員と物資を移して伊奈帆達の新たな母艦となる。巨大な船体ながら離水・大気圏内の飛行が可能。艦橋の壁面に「DEUCALION」と銘打たれたプレートが飾られている。
武装として大口径の3連装主砲4基や艦首や艦底に多数のミサイル発射口を備え、カタフラクトの母艦機能も有する。主砲は連射が可能。アセイラムがライエに襲われた影響でアルドノアが機能停止し墜落するが、再起動に成功し、地球連合軍本部に無事到着した。その後はロシアのノヴォスタリスクの戦闘にて、アルドノア停止作戦の中核的存在となるも、敵の襲撃で機関部が損傷、アセイラムをザーツバルムの揚陸城に送り届けるべく突撃し、擱座した。
第2クールでは損傷した部分は修復されている。所属しているカタフラクト部隊は「マスタング小隊」。第18話以降は「クライスデール小隊」も所属している。第21話では、新装備のカタパルトモジュールが追加される。 カタパルトモジュール - 艦体の左右にカタフラクト格納庫が置かれ、搭載数が増加。戦闘時はコンテナとワイヤーユニットを垂直に展開する。機体は遠心力で打ち出されて発艦する。