电影中,基里安·墨菲饰演“原子弹之父”罗伯特·奥本海默,艾米莉·布朗特饰演奥本海默的妻子凯瑟琳·普宁,马特·达蒙饰演“曼哈顿计划”主持者莱斯利·理查德·格罗夫斯,小罗伯特·唐尼饰演原子能委员会成员路易斯·斯特劳斯,弗洛伦丝·皮尤饰演奥本海默的情人让·塔特洛克。至于此次两大主角——鞠婧祎(知名代表作有:电视剧《芸汐传》、2019版《新白娘子传奇》、《如意芳霏》等),与郭俊辰(知名代表作有:电视剧《少年派》系列、《上古密约》等),虽然二者演技,还尚需磨砺,但在知名度方面,还是各自具备一定收视号召力的。