Wiadomo było, że Schwarzenegger i Hamilton zagrają swoje role z pierwszej części. Trzeba było znaleźć aktorów do ról T-1000 i jego ofiary – młodego Johna Connora. Po szczegółowych poszukiwaniach szef od castingu – Mali Finn, na jednej z ulic Pasadeny w Kalifornii zauważył chłopaka, który idealnie pasował do roli Johna Connora. 12-letni Eddi Furlong nigdy wcześniej nie grał w filmie, ale wyglądał perfekcyjnie i tak się zachowywał. Urodzony John Connor.
Do roli T-1000 Cameron chciał znaleźć kogoś znacząco różniącego się od Schwarzeneggera. Chciał podkreślić najnowszy, lśniący model terminatora: „Chciałem kogoś, kto będzie ekstremalnie szybki i zwinny. Jeśli serię T-800 można porównać do czołgu, to T-1000 do porshe.” Znalazł ten wygląd u Roberta Patricka, który wcześniej zagrał w „Szklanej pułapce 2”.
