未來道具研究所
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岡部倫太郎（岡部 倫太郎（おかべ りんたろう），Okabe Rintarou，聲演：宮野真守（日本））
本作男主角是位於秋葉原的「未來道具研究所」（Lab）的研究員（Labmem）No.001。自稱狂妄的瘋狂科學家「鳳凰院凶真」，被研究所成員真由理跟橋田稱做「岡倫（オカリン）」。就讀於東京電機大學一年級，喜歡給身邊的人取綽號並用來稱呼他們。因為極度中二的言行和像是惡人的眼神，身邊的朋友並不多。言行都會參雜@Channel網絡用語。非常重視朋友（尤其是真由理），碰到麻煩時雖然會表現退縮，但成員碰上危機時會毫不猶豫行動。
首位发现自己具有穿梭時空後保有原先記憶的「探知之眼（Reading Steiner）」能力的角色，並能夠誘導身邊的人想起其他時空的記憶。
在結局分岐延伸的續作Steins;Gate0中，遇見來自美國的比屋定真帆，她管有的AI「Amadeus（アマデウス）」具有研究所成員紅莉栖的記憶和人格，使他受到不小的衝擊。
角色人氣投票獲得第2名（537票）。
名言：El Psy Kongroo、这一切都是命运石之门的选择（すべてはシュタインズ・ゲートの選択である）。
椎名真由理（椎名 まゆり（しいな まゆり），Shiina Mayuri，聲演：花澤香菜（日本））
女主角之一，是「未來道具研究所」的研究員No.002。就讀於私立花淺蔥大學附屬高中二年級，是男主角岡部的青梅竹馬，亦是岡部非常非常重要的朋友。小學生時期祖母去世，因打擊過大而每天都去墓地前發呆持續了半年。之後被岡部以連續劇的台詞「我不會讓你被帶走的，真由理是我的人質、也是人體實驗的祭品」給喚醒了，從此以岡部的人質自稱，並讓岡部稱呼自己「真由氏（まゆしぃ）」。
口頭禪是「嘟嘟嚕（トゥットゥルー）」，最喜歡吃香蕉和多汁炸雞NO.1。在女僕咖啡廳打工時稱為「真由氏·喵喵」。興趣是製作Cosplay的服裝，但因為是岡部的「人質」，不希望外表太過招搖，所以幾乎不穿自己製作的cosplay服。雖然科學知識有限，但是觀察能力十分敏銳，時常會發現其他人所沒想到的盲點。
α世界線中，無論岡部採取甚麼措施，真由理均會在2010年8月13～17日以不同方式死亡。死亡日期會因世界線變動率而異。最後在岡部解除了所有D-Mail的情況下而逃離了原本死亡的宿命。
角色人氣投票獲得第4名（321票）。
橋田至（橋田 至（はしだ いたる），Hashida Itaru，聲演：關智一（日本））
「未來道具研究所」的研究員No.003。就讀於東京電機大學一年級，在高中就與岡部相識的朋友。綽號是「桶子（达鲁，ダル）」。
外表肥胖，標準的「御宅族」，熱愛二次元的事物，不過卻對菲伊麗絲十分地著迷。擁有非常高超的電腦技術，是一名超級駭（哈）客。除此之外也是負責動手製作未來道具的成員。对自己制造的机器会采用V+数字+小数点+数字的软件式命名法。
雖然被岡部甚至自己認定會成為「童貞魔法師」（30歲都還沒交過女朋友的男性），但是未來還是有結婚生子，其女兒就是鈴羽。稱呼別人時經常會在他人姓名後方加「氏」字，另講話時常常加上「常考」（叫人用基礎常識思考）等@Channel的網路用語。
角色人氣投票獲得第8名（102票）。
牧瀨紅莉栖（牧瀬 紅莉栖（まきせ くりす），Makise Kurisu，聲演：今井麻美（日本)）
女主角之一，未來道具研究所的研究員No.004。於美國哥倫比亞大學腦部科學研究所進行研究，在腦部科學與物理學領域皆頗傑出。以僅僅十八歲的年紀就已完成大學課程的天才少女，更在學界的權威雜誌《科学》（Science）上發表論文。對於未知事物的好奇心跟研究心十分強烈，但研究時不近人情與高傲的態度使她的朋友不多，對此推認有傲嬌的性格。
因為世界線的易位而跟岡部相遇。被岡部稱為「復甦者（The Zombie）」、「克莉絲蒂娜（Christina）」、「助手」、「@cher」，紅莉栖對於這些稱呼完全不予以承認。她是個重度的「@Channeler[註 3]」，雖然極力隱藏這一點，但和岡部、橋田對話時偶而會不小心使用網路用語。在經過多次事件後喜歡上岡部，接受他的告白。
小時候就喜歡聽父親講述艱深的物理學，13歲就可以了解父親發表的論文，之後甚至與父親在學術上辯論。但因為父親不滿女兒的成就超越自己，而使得紅莉栖遭父親疏遠。
在β世界線中，為了得到父親的認同並助父親回到學術界，寫了一篇有關「時間機器理論」的論文，並想要與父親聯名發表。故此來到日本秋葉原，在父親所舉辦的「時間機器研討會」會後拿著論文與父親見面，父親卻因強烈自尊心受損導致失去理智與女兒產生肢體衝突，期間在陰錯陽差之下被原本想前來拯救她的另一世界線的岡部刀刺身亡。之後，岡部依作戰計畫「掌管未來的女神作戰」嘗試以不改變過去既成的事實卻改變結果的做法，到達收束外的世界線Steins;Gate（岡部自己命名），最終成功使紅莉栖逃離原本死亡的宿命。
在續作Steins;Gate0中，雖然已於2010年身亡，但早於當年3月已將自己的記憶與人格複製到研發中的Amadeus系統上，以AI的型式將身影留存在世上，被岡部視為「β世界線收束」的結果。
角色人氣投票獲得第1名（984票）。
桐生萌郁（桐生 萌郁（きりゅう もえか），Kiriyu Moeka，聲演：後藤沙緒里（日本））
未來道具研究所的研究員No.005。原先自稱是自由職業者，但之後卻說自己是編輯雜誌的相關人士。個性極度內向，說話也非常慢，有重度的手機依存症。因為輸入簡訊的速度十分驚人，被岡部稱為「閃光指壓師（Shining Finger）」（閃光の指圧師（シャイニング・フィンガー））（源自机动武斗传G高达的主人公多蒙·卡修）。
遇到岡部後不斷向他詢問「IBN5100」這台舊式電腦的事情。她實際上是SERN的佣兵部队「巡行者（Rounder）」派來的間諜，为最低層的成员。
在大樓樓頂輕生前收到FB（實質上為SERN的手下之一）發的工作徵人簡訊，從此以FB的簡訊為精神上的寄託。對FB強烈地執著，從簡訊的語氣推斷FB是女性而把FB當作「母親」一樣。她認為與FB見了面就會幻想破滅，故從來沒有見過FB的真身。
在α世界線中，受FB指示尋找IBN5100舊式電腦，並以「更換手機」為由欺騙岡部等人，實質上用D-Mail發送有關IBN5100的情報到過去以奪得IBN5100。更被FB指使帶走岡部、紅莉栖與橋田三人，並開槍殺死真由理。
最後在Steins;Gate世界線中成為了店員和Labmem之一。
角色人氣投票獲得第7名（113票）。
漆原琉華（漆原 るか（うるしばら るか），Urushibara Ruka，聲演：小林優（日本））
未來道具研究所的研究員No.006。神社的兒子，私立花淺蔥大學附屬高中二年級，稱岡部為師父。典型偽娘，被岡部和真由理稱呼為「琉華子（ルカ子）」。岡部曾說：「比真由理高，身形卻很纖細，但是卻是男的（だが男だ）；非常適合穿巫女服，但是卻是男的；聲音、舉止言行看上去就像是女人，甚至比女人更像是女人，但是卻是男的。」
與岡部的認識是在秋葉原的街上，因當時穿著巫女服的琉華被兩个低角度摄影师偷拍，其後被岡部所救，並無意間承認自己明明有女性化的容貌卻是男性，但岡部回應「不管你是男人還是女人都沒關係，那種事怎樣都好吧！」，使得琉華因此「喜歡」上岡部。
α世界線中曾用D-mail給母親的寻呼机传信息，以改变自己性别為女子，期望與岡部可以約會。為了恢复性别，再次发送D-mail“2929831831”（肉肉菜菜）的数字暗示只是一场恶作剧。
无论性别是男是女，都憧憬着岡部，因此会按岡部的要求经常重复其名言「El Psy Kongroo」，但琉華会误说成「El Psy Kongary」，被岡部纠正。
角色人氣投票獲得第6名（123票）。
菲伊麗絲（フェイリス・ニャンニャン，Faris NyanNyan，聲演：桃井晴子（日本））
未來道具研究所的研究員No.007。秋葉原的女僕咖啡廳「Mayqueen+喵喵」的招牌女僕「菲伊麗絲・喵喵」，真由理在女僕咖啡廳的同事和朋友，真由理對其愛稱菲麗絲。
十分熱愛萌系相關的事物，日常生活中也會使用喵喵語。擁有敏銳的觀察力，能一定程度洞察人心，擅長遊玩策略比重高的遊戲，是「雷Net.Access Battlers」卡片遊戲的知名高手玩家。中二電波的程度可以和岡部匹敵（甚至在他之上），唯一用「凶真」称呼岡部的人，是岡部十分不擅長應付的類型。
本名是秋葉留未穗（秋葉 留未穂／あきは るみほ），秋葉家的千金大小姐，私立金絲雀學園二年生。只要戴上猫耳就是菲伊麗絲，没戴就是秋葉留未穗。八歲時因父親忙於工作而爽了她的約，一氣之下拋出了一句「爸爸最討厭了！去死啦！」，沒想到父親真的死於空難而自此耿耿於懷。在爸爸死後繼承了公司，秋葉原的「萌」文化都是由她所引進的。
之後拜託岡部讓她發D-Mail給爸爸，好讓爸爸復活。D-MAIL內容是偽造綁票事件向十年前的父親索取巨額贖金，令他遠離死於飛機事故的命運。但此舉卻改變了秋葉原，當地「萌」文化沒有被引進，與岡部等人的認識也不是在女僕咖啡廳，而是在「雷Net.Access Battlers」的比賽中。另外，由於贖金太過龐大，導致原本持有的IBN5100被賣出。
在遊戲中選擇菲伊麗絲結局則會到達世界線變動率"-0.275349%"的世界，這個世界中菲伊麗絲喜歡岡部倫太郎，稱岡部為王子殿下。
角色人氣投票獲得第5名（133票）。
阿萬音鈴羽（阿万音 鈴羽（あまね すずは），Amane Suzuha，聲演：田村由香里（日本））
未來道具研究所的研究員No.008。在未來道具研究所樓下的「映像管工房」打工的元氣少女。很喜歡關心別人，但卻從來不說自己的事，對紅莉栖沒有好感。自稱「獨當一面的戰士」，十分擅長格鬥術和荒野生存等技術，因此被岡部稱作「打工戰士」。真實身分為來自2036年的時空旅行者約翰·提托。
在α世界線中，SERN控制了全世界，人類失去了自由倍受控管，反抗者一律慘遭抹殺，而身為反抗軍一員的鈴羽為了改變未來而坐上了父親橋田至發明的時間機器（FG204），目的是回到1975年取得IBN5100舊式電腦，並確保該電腦於2010年可以被岡部找到（所以供奉在柳林神社），但由於FG204機能上的設計不完全，只能回到過去而無法回到未來，所以鈴羽為了尋找親生父親而先回到2010年的秋葉原，結果登陸座標輸入不正確而讓時間機器降落在大樓頂層之間，也就是當時發生的不知名人造衛星墜落事件。
在β世界線則是要拯救牧瀨紅莉栖，阻止因搶奪時間機器演變成第三次世界大戰的發生。
在劇場版《負荷領域的既視感》則是拯救因無法分辨所處世界線而消失的岡部倫太郎。
角色人氣投票獲得第3名（357票）。
比屋定真帆（比屋定 真帆（ひやじょう まほ），聲演：矢作紗友里（日本））
未來道具研究所的研究員No.009。在β世界線的其他成員。
牧瀨紅莉栖所屬大學的前輩研究員，主攻人工智慧，管有具備紅莉栖記憶和人格的AI “Amadeus”。對紅莉栖的感情很複雜，雖然是最要好的朋友，但也對其出色的才能抱著自卑的感覺。
祖父母、雙親皆出身沖繩的日籍美國人。雖已21歲，因為體型嬌小和童顏的緣故，常被當成是小孩子。
曾在外傳小說的附屬廣播劇CD中登場，正式登場則在命運石之門0。
椎名加賀里/椎名篝（椎名 かがり（しいな かがり），聲演：潘惠美（日本））
未來道具研究所的研究員No.010。在β世界線的其他成員。
在β世界線中，於2036年因為戰爭成為孤兒，被真由理收養。當時十歲的她跟隨鈴羽坐上時間機器回到過去，期間與鈴羽失散多年。長大後的椎名篝與紅莉栖的樣子十分相似，曾一度失憶忘記自己身世。
依據遊戲中分歧劇情的選擇，有受到洗腦的劇情路線。
阿万音由季（阿万音 由季（あまね ゆき），聲演：田村由香里（日本））
未來道具研究所的研究員No.011。在β世界線的其他成員。
大學時代是個超人氣美少女COS愛好者，和橋田至於Comic Market裡邂逅（但在劇場版表示是在網上被橋田用假相結識）。由季是橋田至未來的老婆，而鈴羽就是兩人的女兒。
平時實際是短髮，不過有很多COS用的假髮，所以有時候會以長髮甚至雙馬尾等姿態出現。性格有點男孩子氣，所以有點大大咧咧，從不煩惱，做事積極主動。
在α世界線中，作為鈴羽的母親被SERN的特工報復殺害，死於鈴羽的懷中，臨終前表示“終於能去見死去的丈夫了”。β世界線中，也會在未來的第三次世界大戰被軍用無人機殺害。
次要人物
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天王寺裕吾（天王寺 裕吾（てんのうじ ゆうご），Tennouji Yuugo，聲演：寺杣昌紀（日本））
未來道具研究所樓下的電器店「映像管工房」的店長，同時也是該棟大樓的房東。有长期逗留法国的经验。因為映像管又稱布朗管（名稱取自於發明映像管的諾貝爾物理學獎得主卡尔·费迪南德·布劳恩。），所以岡部称他为「Mr. Brown」。
在α世界線中的真正身份是FB（暗指「费迪南德·布劳恩」），是SERN底下如同走狗般的底層組織Rounder人員，自稱是SERN的「家畜」。會因SERN之慣例「所有完成尋找IBN5100的人都必須死亡」而死，以隱藏SERN的秘密；在岡部取消了萌郁所發的D-mail後，此事就不會發生。
在β世界線中，同樣為組織Rounder人員，但並未接獲明確指令而處於待命狀態。
在動畫中，在空地與岡部、紅莉栖和萌郁對話後，開槍殺了背叛的代號為M4萌郁，接著舉槍自盡。
在遊戲中，天王寺是在自家舉槍自殺，未殺害萌郁。岡部理解為天王寺故意將萌郁排除於任務之外，也就不需要被組織滅口。
是漫畫「愛恨情仇的布朗運動」的主角，講述了他年輕時的過去，像是在法國出生、1997年來到日本、過去的代號是「M2」等等。
於後作《ROBOTICS;NOTES》裡的時間點（2019年8月）還活著，仍不改溺愛女兒的個性。
角色人氣投票獲得第9名（30票）。
天王寺綯（天王寺 綯（てんのうじ なえ），Tennouji nae，聲演：山本彩乃（日本））
電器店店長天王寺的女兒。有點害怕岡部和橋田，被兩人稱作「小動物」。唯一和真由理见面互相用「嘟嘟噜」打招呼的人。
在遊戲中，於α世界線裡因為親眼看見父親自殺，在未來加入Rounder，並在2025年殘忍殺害反抗SERN的組織領導人之一岡部倫太郎，旋即利用SERN取得岡部等人製造的時間跳躍機重覆時間跳躍數千次回到2010年將萌郁殺死，並告知岡部他在2025年被她殺死的真相。
在後作《ROBOTICS;NOTES》中，Steins;Gate世界線（世界線變動率1.048596%）的綯在2019年成為JAXA研究員，為反「300人委員會」的一員，代號為「S·布朗（Sister Brown）」。
Doctor.中鉢（ドクター中鉢（- なかばち），聲演：小形滿（日本））
本名牧瀨章一，自称获得多项专利、授予诺贝尔奖的物理学家。是紅莉栖的父親，從前與紅莉栖非常親近，但因為強烈的自尊心無法接受成就超越自己的女兒而逐漸遠離紅莉栖，最後甚至被學術界除名。
是紅莉栖遭刺殺案件的相關人物，從案發現場奪取了紅莉栖寫的有關「時間機器理論」的論文後，打算搭飛機到俄羅斯尋求贊助。原本該班客機會因為火災而使得放在貨艙的論文被燒毀，但卻因為先前紅莉栖無意中撿了真由理掉落的金屬烏帕放進論文的袋子中，使得中鉢在機場被金屬探測器檢測到，所以將論文隨身攜帶，論文因此沒被燒毀。及後以自己的名義發表「時間機器理論」的論文，造成β世界線中各國爭奪時間機器而釀成的第三次世界大戰。
於廣播劇CD（及漫畫）《哀心迷圖之巴比倫》中，透露了對時間機器的固執是為了拯救過去身亡的好友秋葉幸高及橋田教授（真正身份是為協助岡部取得IBN5100而回到過去的鈴羽，因時間旅行的副作用，身體被慢性果凍化病逝）。並於留給紅莉栖的舊式錄音帶中自白了內心其實是深愛女兒並作出道歉。
秋葉幸高（秋葉 幸高（あきは ゆきたか），聲演：菊本平（日本））
菲伊麗絲的父亲。秋叶原一带的大地主，舊式電腦的收藏家，2000年因空难身亡。菲伊麗絲繼承家業後，為秋叶原引进萌文化。改变世界线的重要人物。
漆原榮輔（漆原 栄輔（うるしばら えいすけ），聲演：星野充昭（日本））
漆原琉华的父亲。看似常人，卻會讓兒子穿上巫女服，並相信岡部自稱的「鳳凰院凶真」是他的本名等等。