Protagonista del film è [[Leonardo DiCaprio]], che interpreta Jacob HastleyCobb, l'attrice francese [[Marion Cotillard]], [[premio Oscar]] per ''[[La vie en rose (film)|La vie en rose]]'', interpreta sua moglie LisaMal. Co-protagonisti sono [[Ellen Page]] e [[Joseph Gordon-Levitt]], che interpretano due collaboratori di HastleyCobb. Gordon-Levitt ha ereditato il ruolo che [[James Franco]] ha dovuto rifiutare per evitare conflitti con altre produzione.<ref name="AA">Trivia</ref>
[[Ken Watanabe]] è il [[cattivo]] che minaccia HastleyCobb con lettere minatorie.<ref>{{cita web|url=http://www.badtaste.it/index.php?option=content&task=view&id=9157&Itemid=52|titolo=Inception: descritte alcune delle scene girate|editore=badtaste.it|autore=| accesso=25-08-2009|lingua=it}}</ref>
Del cast fanno parte anche [[Cillian Murphy]] e [[Michael Caine]], che avevano precedentemente lavorato con Nolan in ''[[Batman Begins]]'' e ne ''[[Il cavaliere oscuro]]''.
