Dada la lista de actrices de Big Bang Theory, selecciona sólo el reparto principal.
Johnny Galecki como Leonard Hofstadter: Un físico experimental con un coeficiente intelectual de 173, que se doctoró cuando tenía 24 años. Leonard es un empollón al que le encantan los videojuegos, los cómics y Dragones y Mazmorras. Leonard es el hombre recto de la serie, y comparte piso en Pasadena, California, con Sheldon Cooper. Leonard queda prendado de su nueva vecina Penny cuando se conocen, y acaban casándose.

Jim Parsons como Sheldon Cooper: Originario de Galveston, Texas, Sheldon era un niño prodigio con memoria eidética que empezó la universidad a los once años y se doctoró a los dieciséis. Es un físico teórico que investiga la mecánica cuántica y la teoría de cuerdas y, a pesar de su coeficiente intelectual de 187, le cuesta comprender muchos aspectos rutinarios de las situaciones sociales. Está decidido a salirse con la suya, alardea continuamente de su inteligencia y tiene un modo de vida extremadamente ritualizado. A pesar de estas peculiaridades, inicia una relación con Amy Farrah Fowler, y acaban casándose.

Kaley Cuoco como Penny: Aspirante a actriz de Omaha, Nebraska. Penny se muda al otro lado del pasillo de Sheldon y Leonard. Sirve mesas y, de vez en cuando, atiende la barra en The Cheesecake Factory. Tras renunciar a la esperanza de convertirse en una actriz de éxito, Penny se convierte en representante de ventas farmacéuticas. Penny se hace amiga de Bernadette y Amy, y a menudo pasan el rato en los apartamentos de las demás. Penny y Leonard entablan una relación y acaban casándose.

Simon Helberg como Howard Wolowitz: Un ingeniero aeroespacial que obtuvo su máster en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Howard es judío y vivía con su madre, Debbie (Carol Ann Susi). A diferencia de Sheldon, Leonard, Raj, Bernadette y Amy, Howard no tiene un doctorado. Se entrena como astronauta y viaja al espacio como especialista de carga útil en la Estación Espacial Internacional. Al principio, Howard se considera un donjuán, pero más tarde empieza a salir con Bernadette, se comprometen y se casan. Howard también tiene tendencia a malgastar el dinero en juguetes y discute con Bernadette por sus extraños bajos ingresos como ingeniero y los altos ingresos de ella como bioquímica farmacéutica.

Kunal Nayyar como Rajesh Koothrappali: Un astrofísico de partículas originario de Nueva Delhi, India. Al principio, Raj tenía mutismo selectivo, lo que le incapacitaba para hablar con mujeres o estar cerca de ellas a menos que estuviera bajo los efectos del alcohol. Raj también tiene gustos muy femeninos y a menudo adopta un papel femenino estereotipado en su amistad con Howard, así como en el grupo de los cuatro hombres. Raj sale más tarde con Lucy (Kate Micucci), que también sufre ansiedad social, pero al final se acaba. Más tarde habla con Penny sin alcohol, superando su mutismo selectivo. Empieza a salir con Emily Sweeney, y su relación se convierte más tarde en exclusiva. En la última temporada de la serie, Raj tiene un noviazgo intermitente con una compatriota india, una conserje de hotel llamada Anu (Rati Gupta). También tiene un Yorkshire Terrier llamado Canela.
Estos actores fueron acreditados primero como estrellas invitadas y luego ascendidos al reparto principal:

Sara Gilbert como Leslie Winkle (recurrente temporada 1, protagonista temporada 2, invitada temporadas 3, 9): Una física que trabaja en el mismo laboratorio que Leonard. En apariencia, es esencialmente la contrapartida femenina de Leonard y tiene teorías científicas opuestas a las de Sheldon. Leslie mantiene relaciones sexuales ocasionales con Leonard y, más tarde, con Howard. Gilbert fue ascendida a miembro del reparto principal durante la segunda temporada, pero volvió a ser estrella invitada porque los productores no encontraban suficiente material para el personaje. Gilbert volvió a The Big Bang Theory en su episodio 200.

Melissa Rauch como Bernadette Rostenkowski-Wolowitz (recurrente temporada 3, protagonista temporadas 4-12): Una joven que al principio trabaja en The Cheesecake Factory con Penny para pagarse los estudios de posgrado, donde estudia microbiología. Bernadette es presentada a Howard por Penny; al principio, no se llevan bien, pues aparentemente no tienen nada en común. Salen juntos y más tarde se comprometen y se casan. Aunque en general es una persona dulce y bondadosa, Bernadette tiene la mecha corta y puede ser vengativa y arremeter contra los demás cuando se la provoca.

Mayim Bialik como Amy Farrah Fowler (estrella invitada en la 3ª temporada, protagonista en las temporadas 4-12): Amy es de Glendale, California, y ha sido elegida por un sitio de citas online como la pareja perfecta de Sheldon. Aunque al principio Sheldon y ella comparten su falta de habilidad social, tras entablar amistad con Penny y Bernadette, acaba interesándose más por la interacción social y romántica. Su relación con Sheldon progresa lentamente hasta el punto en que Sheldon la considera su novia y, finalmente, se casan. Amy cree que ella y Penny son mejores amigas, sentimiento que Penny no comparte inicialmente. Amy tiene un doctorado en neurobiología.

Kevin Sussman como Stuart Bloom (recurrente temporadas 2-5, 7, protagonista temporadas 6, 8-12): Propietario de una tienda de cómics de modales suaves y poca confianza en sí mismo. Artista competente, Stuart se graduó en la prestigiosa Escuela de Diseño de Rhode Island. Aunque es socialmente torpe, posee habilidades sociales algo mejores. Stuart da a entender que tiene problemas económicos y que la tienda de cómics ahora también es su casa. Más tarde le invitan a unirse al grupo de chicos mientras Howard está en el espacio. Más tarde, Stuart consigue un nuevo trabajo cuidando a la madre de Howard. Tras la muerte de la Sra. Wolowitz, Stuart sigue viviendo en su casa, junto con Howard y Bernadette, hasta que encuentra un lugar propio.

Laura Spencer como Emily Sweeney (recurrente temporadas 7-8, 10, protagonista temporada 9): Dermatóloga del Hospital Huntington. Emily estudió en Harvard y se deleita con lo macabro, y afirma que le gusta su trabajo porque puede cortar cosas con cuchillos. Antes de conocer a Raj, Emily tuvo una cita a ciegas con Howard. Tras encontrar el perfil de citas online de Emily, Raj hace que Amy se ponga en contacto con ella como su compinche. Su relación se convierte en exclusiva, pero Raj rompe con Emily cuando se encapricha de Claire (Alessandra Torresani), una camarera y autora de libros infantiles.
Kaley Cuoco como Penny, Melissa Rauch como Bernadette Rostenkowski-Wolowitz, Mayim Bialik como Amy Farrah Fowler