| 库珀 | 马修·麦康纳
 | 库伯是一名前NASA宇航员，也是一名工程师。人类文明危在旦夕，每天只是在种植食物、吃饭喝水中度过，不再进行发明创造，不需要工程师，库伯没有工作可做，没有新创意的诞生。库伯也是一个鳏夫，有两个孩子。有一天，一个空前伟大的冒险机会来敲门，他能重拾梦想回到宇航员的位置，但对于库伯来说，当这个他曾痛苦放弃的...更多》梦想又回来，他却需要付出离开家庭的代价去追逐梦想；而且，他甚至不知道哪天才能结束冒险回家，就连能不能回来都是个问题。 |
| 艾米莉亚 | 安妮·海瑟薇
 | 女科学家，与库伯及其他两位科学家、两个机器人一同出发，穿越虫洞到另一个空间去探寻三个最有可能居住的星球，也面临着有去无回的险境。 |
| 布兰德 | 迈克尔·凯恩
 | 艾米莉亚的父亲，他率领的顶尖团队部署星际之旅，去太阳系外寻找可以居住的星球。 |
| 墨菲(成年) | 杰西卡·查斯坦
 | 库伯深爱的女儿，也一样喜欢科学，热爱探索， ；库伯要离开她展开探索，在不同时空的父女二人被一个特殊物件所连接，她长大成人后，也成为了美国太空总署的科学家。 |
| 墨菲(少女) | 麦肯基·弗依
 | 童年墨菲 |
| 多伊尔 | 韦斯·本特利
 | 和库珀一起去探索新星球的人 |
| 汤姆(成年) | 卡西·阿弗莱克
 | 成年汤姆 |
| 唐纳德 | 约翰·利特高
 | 库珀的岳父 |
| 客串角色 | 马特·达蒙
 | 去探索新星球的人 |
| 汤姆(老年) | 威廉·德瓦内
 | 老年汤姆 |
| 墨菲(老年) | 艾伦·鲍斯汀
 | 老年墨菲 |
| 洛伊丝 | 蕾亚·凯恩斯
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| Ms. Kelly | 柯莱特·沃尔芙 | |
