Freddie Highmore es Shaun Murphy.
Solo e incapaz de conectar con los que le rodean, Shaun Murphy deja atrás su apacible y sosegada vida en una pequeña localidad para incorporarse a la unidad quirúrgica del prestigioso Hospital St. Bonaventure. Mientras se acostumbra a su nuevo entorno, el facultativo tendrá que trabajar más que nunca para contrarrestar los prejuicios de sus colegas y demostrarles que sus brillantes dotes médicas salvarán vidas.Antonia Thomas es Claire Browne.
Amable y bondadosa, Claire Browne es residente de Cirugía del Hospital St. Bonaventure. Su inteligencia emocional y rapidez mental le han permitido ganarse el respeto de sus compañeros y del doctor Melendez y le llevarán a mantener una conexión especial con Shaun.Nicholas Gonzalez es Neil Melendez.
Perfeccionista, brillante y sumamente cualificado: así es el doctor Neil Melendez, experto cirujano cardiotorácico del hospital encargado de supervisar el aprendizaje y desempeño de los nuevos residentes de Cirugía. A medida que se suceden los aciertos en los diagnósticos del doctor Murphy, Neil comenzará a respetar a Shaun y le permitirá trabajar junto a él en complejas intervenciones quirúrgicas.Chuku Modu es Jared Kalu.
Nacido en el seno de una adinerada familia británica, Jared Kalu, residente de Cirugía, decidió estudiar Medicina en contra de los deseos paternos. A pesar de su gran estatura, es un hombre vulnerable e incapaz de controlar sus emociones e instinto de protección.Beau Garrett es Jessica Preston.
La abogada y vicepresidenta de Gestión de Riesgo del hospital, Jessica Preston, es una mujer que se toma su trabajo muy en serio y que está decidida a demostrar a todos que es algo más que la nieta del fundador del Hospital St. Bonaventure.Hill Harper es Marcus Andrews.
El egocéntrico, riguroso y exigente doctor Marcus Andrews, jefe de Cirugía y miembro de la junta del hospital, sueña con convertirse en el director del centro. Aunque en principio desconfía de Shaun, el talento y la impecable labor del joven cirujano le harán cambiar de idea.Richard Schiff es Aaron Glassman.
"Este hospital será un lugar mejor con él". Con esta rotunda afirmación sobre el doctor Murphy, el doctor Aaron Glassman, director del St. Bonaventure, se alza como el gran defensor del joven cirujano. Desafiando los reparos y prejuicios de la junta directiva y del personal del hospital decide contar con el doctor Murphy en su equipo.