Od lat 50tych (boom na kino sci-fi klasy B) aktorzy stawali się kosmitami dzięki charakteryzacji. Cameron postanowił, że wymyślony przez niego gatunek nie będzie dziełem charakteryzatorów. Współcześni charakteryzatorzy i makijażyści potrafią niemal wszystko, poza zmianą kształtu oczu i ich rozstawienia. Charakteryzacja może ograniczać ruchy aktora. Reżyser chciał uniknąć takich utrudnień.
Stworzone komputerowe postaci przypominają aktorów, którzy się w nie wcielili, ale istnieją zasadnicze różnice. Oczy Na'avi są dwa razy większe od ludzkich, szyje dłuższe, a układ kostny i mięśniowy inne. Nie mówiąc o tym, że obcy mają trójpalczaste dłonie. Na'vi i avatary są dzięki grafice komputerowej znacząco wyższe od ludzi, a niebieska skóra przypomina strukturą ludzką skórę (charakteryzacja sprawiłaby, że skóra byłaby matowa.) Twórcom udało się stworzyć postaci, które przypominają żywe stworzenia.
Cameron marzył o stworzeniu obcych na miarę XXI wieku. W połowie lat dziewięćdziesiątych obserwował rozwój techniki komputerowej i uświadomił sobie, że realizacja projektu, o którym marzy staje się możliwa. Nakręciwszy "Otchłań" i "Terminatora 2: Dzień sądu" zapragnął zrobić film, w który wykorzystałby nieznaną wcześniej technologię na najwyższym poziomie. Był 1995 rok i niestety okazało się, że technika nie osiągnęła jeszcze poziomu pozwalającego nakręcić takiego "Avatara" o jakim marzył reżyser.
W 2005 roku sytuacja była zupełnie inna i Cameron postanowił doprowadzić do realizacji "Avatara". Istniały obawy, że część postaci będzie wyglądać nierealistycznie. Cameron i jego ekipa wykorzystali unikatową technikę : kamera rejestrowała aktorów z bardzo bliska i rejestrowała ich twarze tak, by uchwycić najdrobniejsze przejaw mimiki. Nie była to technika "motion capture" : aktorzy mieli na głowach specjalne nakrycia głowy, do których przytwierdzano mini-kamery skierowano na twarze. Dzięki temu zarejestrowano nawet najmniejsze drgania mięśni twarzy, a przede wszystkim oczy.
Twórcy wykorzystali ten niezwykle precyzyjny system nie tylko do obserwacji twarzy, ale i postaci, galopujących koni czy wyczynów kaskaderskich na podstawie, których powstała m.in. scena walki samolotów i latających stworzeń.
Specjalnie na potrzeby filmu zaprojektowano też system Virtual Camera, dzięki któremu Cameron kręcił sceny rozgrywające się w komputerowym świecie tak, jakby kręcił je w studiu filmowym. Kręcąc wirtualną kamerą reżyser nie widział aktorki Zoë Saldany, a wysoką na dziesięć stóp Neytiri o niebieskiej skórze lub las tropikalny na Pandorze, a nie tekstury wolumetryczne.
Przy filmie pracowała nagrodzona Oscarem ekipa speców od efektów wizualnych - nowozelandzka firma WETA Digital (jej współzałożycielem jest Peter Jackson; pracowali przy "Władcy pierścieni" i "King Kongu"). Cameron był zachwycony efektami ich pracy i bardzo mu zależało na tym, by zatrudnić ich przy "Awatarze".
Najważniejsze dla reżysera było to, aby stworzono komputerowo postacie były jak najbardziej ludzkie; aby komputer odtworzył każdy detal gry aktorów. Wstępne prace trwały rok - tyle czasu zajęło stworzenie nakryć głowy z mini-kamerami, dzięki którym Na'vi i avatary wyglądają jak ludzie.
