陈陈：P1（书中首次出现页码），主人公“我”。书中并未提及名字，更多称为陈博士，“陈陈”是正在拍摄的同名电视剧中主角的名字。十四岁生日的夜晚，在雷雨交加中父母双双因球状闪电而逝。
到南方城市读大学
大二暑假回家，发现异象，两年多无人居住的家里很干净，仿佛一直有人居住并打扫。
大三下学期参与张彬在云南省的一个项目时结识赵雨。
硕士研究生导师张彬。硕士毕业后到玉皇顶气象站，初遇林云（2年后在北京再遇），得知张彬残疾原因。
博士研究生导师高波。博士毕业后随高波到大气科学研究院的雷电研究所工作。
戴琳：P9，主人公大学本科班级的一个漂亮女生。战争结束两个月后，二人结婚。
张彬：P14，讲大气电学课的一位副教授。陈陈大三上学期学大气电学专业课程时认识的老师。
主持研制过一种高压线上用的防雷涂料，防雷效果好，但成本太高。
陈陈的硕士研究生导师，指导其研究方向是一个计算机中心防雷系统的项目。
1962年7月底在玉皇顶气象站做科研观测时被雷击受伤，时名张赫夫，此后一条腿留下残疾。
妻子1971年去世，无子，独居。
陈陈博士毕业后到张彬家里，告诉其自己父母的事，并得知了其妻郑敏之死，二人就球状闪电的研究深入交流。
同时段，张彬退休。办理完退休手续后张彬看望陈陈，在陈陈宿舍发生第二次异象，张彬的演算手稿中有最新的不符合时间线的新字迹。
赵雨：P18，张彬带的研究生。陈陈大三下学期参与张彬在云南省的一个项目时，因在同一课题组而结识。硕士研究生毕业后在山东省泰安市泰山顶的玉皇顶气象站工作，陈陈读博前去气象站时赵雨任副站长。
高波：P24，陈陈的博士生导师，麻省理工毕业的博士，外号火球。在指导陈陈博士毕业后，从学校辞职去了大气科学研究院的雷电研究所当所长。
林云：P25，与陈陈在玉皇顶气象站初遇时，是国防科技大学的博士研究生，专业是防空武器系统。在玉皇顶气象站，陈陈第一次将父母的事告诉别人，倾诉对象就是林云。
此后到欧美做访问学者，在新概念武器开发机构待了3个月。
毕业后在北京国防大学新概念武器开发中心工作，少校军衔。
宏原子核聚变的最大推动者。
王师傅：P26，1960年开始在玉皇顶气象站食堂工作，爱好根雕。张彬受伤的见证人。
郑敏：P34，张彬妻子，北大物理系63届毕业生，1971年在追捕球状闪电的过程中去世。
王松林：P50，上尉军衔。1998年长江抗洪时亲眼看见球状闪电，证实球状闪电不受气流影响。在雷电研究基地的第十二次试验中，电场建成后风向突变，这个电场向首都机场飘去，王上尉驾驶的跟踪直升机误入电场，诱发闪电，被击中后在空中爆炸。
江星辰：P51，海军上校，珠峰号航空母舰舰长。
许文诚：P54，空军大校。雷电研究基地负责人，专门研究雷电的科学家之一。
杨上尉：P57，38军陆航团的攻击直升机飞行员。
诺顿·帕克：P75，SETI@home项目主任，天文学家。战争结束后拜访了陈陈，向陈陈讲述了他们在矿井中做的球状闪电的实验，并根据球状闪电的坍缩态推断出存在着一个人类之上的观察者，即《三体》系列中的一个重要角色——智子。
亚历山大·格莫夫：P76，居住在俄罗斯联邦新西伯利亚州诺克思柏克科市24街106幢561号。四十多年前从莫斯科大学物理学博士毕业后，参加了3141项目，即对球状闪电的研究。项目从1959年开始，3年后，1962年，第一次成功产生球状闪电。研究持续三十年，曾有五千多人从事这一研究，期间成功产生了27个球状闪电。
列瓦连科：P82，做皮毛生意，吉普车司机，驾驶老式双翼飞机带陈陈等人到3141项目基地。
尼古拉伊·纳尔诺夫：P85，俄罗斯院士，3141项目负责人。
林峰：P104，将军，林云的父亲。哈军工的高材生，电子学专业，工作后转到纯军事指挥领域。
妻子在1981年的边境战争中牺牲（5岁的林云在昆明的医院见了妈妈最后一面），云南前线，通信连连长，执行任务时被蜜蜂蛰了后中毒，在极度痛苦中死去。
俄罗斯回来后，陈陈消沉了一段时间，后在灯塔的启示下，重新开始研究。在雷电研究基地的一次飞行任务中，一名飞行员险些丧生，使得飞机在空中飞行时的避雷防雷成为绕不过去的难题。张彬的防雷涂料研究成果起了关键作用。
陈陈在时隔十三年后再次见到球状闪电，当晚共捕捉到3个。
丁仪：P132，数学硕士学位，哲学和量子物理学双博士学位，一级教授，科学院院士，曾是国家中子衰变研究项目的首席科学家。就是在这本书中发现了宏原子与量子态，从而为面壁者泰勒提供了他的最终计划。
刘上尉：P130，在掌握了搜索球状闪电技术后，基地工作人员的安全意识降低，刘上尉在一次飞行后被球状闪电将四肢的指甲全部烧掉，但身体其他部位完好，此次事故使大家对球状闪电的威力有了新认识。丁仪参与到雷电研究后，负责驾驶直升机观察球状闪电的飞行员之一，并在此后参与到捕捉空泡（丁仪命名）的工作中，且成功的捕捉到了空泡，后被丁仪命名为宏电子。
郑中尉：P138，丁仪参与到雷电研究后，负责驾驶直升机观察球状闪电的飞行员之一。
康明：P169，球状闪电武器部队（代号晨光，一个连的兵力）成立后的首位指挥官，陆军中校。
智子：P174，在没有地球人类观察者的情况下，雷球机枪发射的子弹全部准确命中。智子是《三体》系列中的重要角色，但在第一部地球往事中未出现，直到第二部黑暗森林才现身。
伊甸园：P184，跨国恐怖组织，前身是一群技术逃避者，在太平洋的一座小岛上建起一个实验型小社会，试图远离现代技术，回归田园生活，后来随着时间的推移逐渐变得极端，发展到憎恨技术反对科学，并进行恐怖活动。
在核电厂事件后，陈陈从基地辞职回到了雷电研究所。
量子态的人或者其他试验动物：P199，每次异象中出现的角色，但此处第一次正式提出，并给出解释。
陈陈回到雷电研究所后，开始研究预报龙卷风。
罗斯：P205，博士，研究龙卷风。陈陈参加国际热带气旋学术研讨会，在美国俄克拉荷马州负责接待的工作人员。
宏原子核：P244，丁仪受郑敏留在张彬墓碑上的字启发，发现了找到宏原子核的方法，即后文中的“弦”
杜玉伦：P257，在西北宏聚变试验基地，全面接管基地工作的特别领导组组长，少将军衔，学者型将领，林云的博士生导师。
石剑：P265，西北宏聚变试验基地工作的一名军人，在林云等六名激进年轻军人占领了宏聚变点后，从杜将军手中接过基地指挥权，并命令发射导弹摧毁宏聚变点，但仍晚了一步。
俄罗斯女士：P276，宏聚变发生，即林云死的三年前，在简氏军事年鉴网站上结识一位俄罗斯女士。认识两个月后，二人在越南见面。当时该女士四十多岁，生物工程专业。上世纪六十年代初在苏联新概念武器研究机构，即“总参谋部装备长期规划委员会”，夫妻二人在生化分部工作。冷战结束后，该机构解散，夫妻二人因观念冲突分开，丈夫带着唯一的女儿离开。六年前（俄罗斯女士与林云交谈的六年前）女儿与男友因吸毒过量死在内华达住宅中。林云和陈陈去俄罗斯见亚历山大·格莫夫时，再次与该女士相见，得知当年在越南战场上杀死母亲的蜜蜂就是该女士用基因技术改造的。