W marcu 2010 roku zagranie głównej roli zaproponowano Brytyjczykowi Alexowi Pettyferowi, synowi znanego aktora Richarda Pettyfera. Alex odnosił znaczące sukcesy w angielskiej telewizji, ukończył właśnie pracę nad swym amerykańskim debiutem, filmem "Beastly" - uwspółcześnioną wersją "Pięknej i bestii" rozegraną w nowojorskich realiach. - Przesłuchaliśmy jakichś 140, 145 kandydatów. Ale dopiero Alex mnie naprawdę przekonał. Ma w sobie niezbędny do tej roli "element macho", a jednocześnie wielką naturalną wrażliwość - wspominał Caruso. Jednak początkowo młody aktor miał wątpliwości, czy wystąpić w tym filmie. Pierwsze przesłuchanie było nieudane. - Byłem zbyt zdenerwowany - wyznał. - Ale w kilka tygodni później pojawiłem się znowu na próbie czytanej u D.J.'a. Tym razem wydawało mi się, że się spodobałem. Potem odbyły się zdjęcia próbne, a w nocy dostałem e-mail od mojego agenta, który brzmiał: "Czekamy, co powie Steven". Jaki Steven? - pomyślałem. A to przecież sam Steven Spielberg oglądał moją taśmę i powiedział: OK. Pod głębokim wrażeniem stylu gry młodego aktora pozostawała jego ekranowa partnerka, Dianna Agron: - Alex jest wielki. Moim zdaniem jest dojrzały, wręcz uduchowiony ponad swój wiek, mądry. Aktorka przyznała, że ją również uwiódł scenariusz. - To po prostu radość, gdy ma się do dyspozycji tekst, ukazujący zmieniające się w miarę rozwoju akcji, naprawdę interesujące postaci. Poza tym miałam nadzieję, że uda mi się samej wykonać trochę numerów kaskaderskich. I rzeczywiście, na kilka mi pozwolono - śmiała się.
Początkowo postać mentora Numeru Cztery i jego "anioła stróża" Henriego miał odtwarzać Sharlto Copley, słynny z głównej roli w nowozelandzkim "Dystrykcie 9" ("District 9", 2009). Ale w końcu musiał on zrezygnować z udziału w tym projekcie, w związku z występem w "Drużynie A". Ostatecznie zastąpił go ceniony Timothy Olyphant, pamiętny chociażby z filmów "Hitman", "Go", "Dziewczyna z sąsiedztwa" czy serialu "Deadwood". Jako główny "czarny charakter" pojawił się na ekranie Kanadyjczyk Kevin Durand, który popularność zyskał rolami serialowymi - Keamy'ego w "Zagubionych" ("Lost"), Joshui w "Dark Angel" (AXN Sci-fi: "Cień anioła"), oraz kinowymi - m.in. archanioła Gabriela w "Legionie" czy Małego Johna w "Robin Hoodzie" Ridleya Scotta.
Producenci długo poszukiwali odtwórczyni głównej roli kobiecej, dziewczyny, w której zakochuje się Numer Cztery. W końcu zdecydowano się zaangażować Diannę Agron, bardzo popularną po sukcesie w roli czirliderki w serialu telewizji Fox "Glee". Zagrała Sarę, która spotyka się z gwiazdą footballu, Markiem Jamesem (w tej roli Jake Abel, znany z filmów "Przebłysk geniuszu" - "Flash of Genius" Marca Abrahama, 2008 czy "Nostalgia anioła" - "Lovely Bones" Petera Jacksona, 2009). Piętnastoletni Australijczyk Callan McAuliffe ("Flipped", 2010, reż. Rob Reiner) wcielił się w Sama, najlepszego przyjaciela głównego bohatera. Także pochodząca z Australii Teresa Palmer ("Opowieści na dobranoc", "Uczeń czarnoksiężnika") odtwarzała rolę innej ściganej kosmitki, Numer Sześć.
