哥斯拉
哥斯拉的高度为355英尺，即108.204米；尾巴长度为550英尺4寸，即167.74米（仅仅是尾巴长度）；重量为9万吨。
在本作设定中，哥斯拉为栖息于二叠纪的巨大生物，是当时处于生态系顶点的种族的末裔。体内拥有原子炉一样的器官，可以自行生成巨大的热能。在二叠纪生物大灭绝之际藏到地底下，得以逃过一劫。沉睡在太平洋的海底，由于现代的核试验过于频繁导致地表放射能浓度上升，于是再次来到地上活动。
身形与平成哥斯拉十分相像，背鳍相当尖锐，头部虽然略小，但是却强而有力。从整体来说造型像熊，而眼睛的周围的设计则是以鹰这类猛禽为模板。表皮不但厚，而且非常坚韧，能抵御突击步枪、飞弹、舰炮射击等，甚至是核攻击。
哥斯拉使用强韧前爪和颚进行格斗战，尾巴也是他强有力的武器。在危急的时候能将体内的能量以蓝色放射热线的形式从口中喷出去，由于消耗的能量非常多，不能多次使用。使用前背鳍也会发光，但是和日版有些许差异，先是从尾部、再到背后、最后是后颈的背鳍散发出蓝色的光辉，非常独特。
本作的哥斯拉被刻画为超越了善恶的存在，更是特彆强调了“超越了人类的智慧”这一点。执着地追蹤着本作的敌人MUTO，对MUTO的敌意很浓，但是目的却不是非常明确（虽然在二叠纪是宿敌关係，但是在拥有丰沛核能的现代，MUTO并没有与哥斯拉战斗的意愿，哥斯拉也没有非要特意追蹤并与之战斗的必要。剧中芹泽博士对此给出了“这是为了保持自然力量的平衡”这样抽象的推测。）

MUTO（穆托）
MUTO是以Massive Unidentified Terrestrial Organism (未确认巨大陆生生命体)的略称为名的怪兽，是哥斯拉系列电影中第一个好莱坞原创怪兽。
与哥斯拉生息于同一时代，以放射能为食，会在被称为天然原子炉的哥斯拉体内产卵。从古代开始就有了与哥斯拉战斗的宿命，是被称为“哥斯拉的宿敌”的怪兽。
MUTO长着三角形的头和颚、散发红色的眼睛，有两对巨大的前肢，胸部上也长着一堆相对较为短小的副腕，外形风格接近昆虫。雄雌MUTO身体形态大致相同，雄性比雌性体型小，但拥有飞行能力。和对人类完全不感兴趣的哥斯拉相反，MUTO对人类採取主动攻击的态度。
虽然MUTO没有像哥斯拉的热线那样的远距离攻击能力，但是力量却也非常强大，特别是雌性个体。在与哥斯拉战斗时雄性从空中奇袭，雌性进行格斗战，联手之下的攻击能令哥斯拉陷入苦战。MUTO拥有和海豚相似的回声定位能力，可以藉此进行长距离交流。还能从爪子中放出强力的电磁脉冲，使周围的电子仪器故障。能轻易地承受美军激烈的攻击。
与栖息在海底、通过吸收天然放射性物质就能生存的哥斯拉不同，MUTO积极地寻求着地面上的人工放射性能量源，比如核电站或核弹头。剧中从在1999年菲律宾发现的哥斯拉的祖先的化石上寄生的卵中孵化出来的雄性个体袭击了日本雀路罗市的核电站，夺取了其中的核燃料（在此次事件中，主人公福特上尉的母亲死亡，对故事情节有很大影响。）

　

福特·布罗迪（亚伦·詹森饰）
本片的主人公，会拆飞弹，小时候母亲因核泄漏而死亡，其父亲一直固执的认为是被欺骗，后被证实正确，的确是因为博士们留下的怪兽攻击所导致。福特·布罗迪很有爱心，在捷运上救不认识的小男孩，在危急时刻也很镇定，摧毁了怪兽MUTO产下的蛋，几次差点没命但最后都化险为夷。

艾丽·布罗迪（伊莉莎白·奥尔森饰）
福特·布罗迪的妻子，善良漂亮的女医护。