Personnages principaux :
 | Olivia Dunham (Anna Torv) Olivia Dunham est un agent du FBI, qui au cours d'une enquête, se voit contrainte de travailler avec le professeur Bishop, ayant été confronté à des phénomènes paranormaux que seul lui semble en mesure d'enrayer... |
 | Dr. Walter Bishop (John Noble)
Mélange entre Frankenstein et Einstein, le professeur Walter Bishop est un "savant fou", dont le travail passé pourrait bien être à l'origine des évènements paranormaux qui sont en train de se produire. |
 | Peter Bishop (Joshua Jackson) Peter est le fils du professeur Bishop. C'est un étudiant qui, malgré un QI particulièrement élevé, demeure en échec scolaire et qui tente d'échapper à des dettes de jeux nombreuses. |
Personnages secondaires :
 | Phillip Broyles (Lance Reddick) Agent de la Sécurité du Territoire, P. Broyles dirige l'unité spéciale "Fringe", chargée d'enquêter sur une série d'évènements paranormaux / terroristes. |
 | Charlie Francis (Kirk Acevedo) Collègue d'Olivia, Charlie Francis est un agent du FBI et quelqu'un en qui elle peut avoir confiance... |
 | Astrid Farnsworth (Jasika Nicole) Astrid est l'assistante d'Olivia. Elle aide également le professeur Bishop à mettre en place ses expériences scientifiques... |
 | Nina Sharp (Blair Brown) Nina est une femme brillante, dont une des mains est robotique, travaillant depuis 16 ans chez Massive Dynamics, un institut de recherche de pointe. |
 | John Scott (Mark Valley) Agent du Bureau Fédéral d'Investigations (FBI), il travaille avec Olivia, dont il est l'amant secret, cachant cette relation à sa hiérarchie. |
Autres personnages :
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