Sydney Bristow (Jennifer Garner)
Alors en première année de fac, Sydney, timide et solitaire, est repérée, elle saisit ici ainsi la chance de vivre une existence bien plus trépidante que celle de simple étudiante. Elle intègre un groupe d'espionnage : le SD-6, tout cela restant naturellement top secret. Cependant cette double vie est difficile à assumer et elle finit par tout révéler à son petit ami, Danny, malgré les interdictions formelles de ses supérieurs. En brisant ce secret, elle donne à son existence une tournure toute différente
Arvin Sloane (Ron Rifkin)
Arvin Sloane était le leader du groupe d'espionnage SD-6. Il est désormais consultant pour la CIA et à la tête d'Omnifam, une organisation mondiale pour la santé.
Agent Vaughn (Michaël Vartan)
L'agent Vaughn recrute Sydney, c'est lui qui lui apprendra à se glisser dans la peau d'un agent double. Effectivement, après avoir découvert que la SD-6 agissait actuellement à l'encontre des intérêts américains, Sydney rejoint la CIA en leur rendant compte de l'activité de la SD-6. L'agent Vaughn est marié à Lauren Reed.
Jack Bristow (Victor Garber)
C'est le personnage le plus trouble de la série. Sa tâche à SD6 est des plus ingrates, puisqu'il est régulièrement amené à éliminer les risques de fuites ou de tahison. En tant qu'Agent double de la C.I.A. (comme Sydney), il a accès à un grand nombre d'informations, et en profite régulièrement pour manipuler les uns ou les autres dans des intérêts pas toujours clairs. Malgré tout, il a toujours fait preuve de loyauté envers sa fille, même si la vie, et son métier d'agent secret, ne lui a pas permis d'être aussi proche d'elle, qu'elle aurait pu le souhaiter. La mort tragique de sa femme Laura, dans des circonstances plutôt troubles, ne les a pas aidés à améliorer leur relation, mais cette nouvelle vie qui s'offre à eux pourra peut-être les aider à résoudre certains problèmes relationnels.
Marshall (Kevin Weisman)
Marshall est l'allié de Sydney, il est également le fabricant de gadgets en tout genre. C'est un homme particulièrement intelligent et inventif, il manque cependant de sociabilité ce qui lui porte
Agent Dixon (Carl Lumbly)
Dixon était le partenaire de Sydney au sein de la SD-6. Très dévoué (et en particulier vis-à-vis de sa famille), il conseille à Sydney de ne jamais révéler sa double vie et la prévient des risques qu'elle encourt. Il est désormais à la tête de la CIA.
Will Tippin (Bradley Cooper)
Will est un ami de Sydney. Amoureux d'elle, il doit garder secrets ses sentiments (non réciproques), et doit même feindre une grande joie lorsqu'elle lui annonce ses projets de mariage avec Danny.
Francie Calfo (Merrin Dungey)
Francie est la meilleure amie de Sydney et ne se doute de rien quant à la double vie de celle-ci.