Ellen Pompeo è la Dr. Meredith Grey

Bella intelligente e molto sensibile, Meredith deve districarsi tra l'eredità che la madre, chirurgo di fama internazionale, le ha lasciato e le difficoltà causate dal suo volere essere libera ed indipendente. È una ragazza passionale che si prende molto a cuore i casi dei suoi pazienti ma diventa impenetrabile se si tocca il tasto vita privata e affetti familiari. La madre è ricoverata in una clinica privata ma nessuno deve essere a conoscenza di questo fatto e questo a volte le pesa e la rende un po’ triste.

Patrick Dempsey è il Dr. Derek Shepherd

Chirurgo affermato trasferitosi in città da poco tempo è una persona molto gioviale e un capo giusto per gli studenti. Ama il suo lavoro e non ha paura di rischiare per mettere in salvo la vita delle persone che cura. Anche lui restio a parlare di sé si dimostra sempre una persona serena.

 
Sandra Oh è la Dr. Cristina Yang

È la studentessa più competitiva, ci tiene molto ad affermarsi e sembra che l'unica cosa che le interessi sia il poter imparare e vedere il più possibile. Tuttavia non si dimostra mai sleale ed è pronta ad aiutare i compagni ed a chiedere loro aiuto. Se in alcuni casi appare molto severa con se stessa, anche lei ha i suoi punti deboli, che vengono in luce puntata dopo puntata.

Katherine Heigl è la  Dr. Isobel "Izzie" Stevens

È la modella che si è pagata gli studi lavorando, è apprensiva e vuole dimostrare che non è solo una bella ragazza. Si impegna tantissimo perché vuole a tutti i costi essere presa sul serio, è schietta e qualche volta anche un po’ disillusa, forse perché scopriamo che la sua vita non è stata molto facile. All'inizio cerca di prendere le distanze dai pazienti ma poi finisce sempre per fare il tutto per tutto per far sì che le cose vadano bene, nel tempo acquista sempre maggior fiducia in se stessa.

Justin Chambers è il  Dr. Alex Karev

È lo sciupafemmine dell'ospedale, è strafottente e poco gentile, prende in giro gli altri e vorrebbe ottenere il massimo risultato con il minimo sforzo. Nessuno gli è molto affezionato, perché da l'impressione di essere un viscido ed opportunista, ma non è un vero cattivo, in alcune rare occasioni ci da modo di vedere che un cuore ce l'ha anche lui.

Chandra Wilson è la Dr. Miranda Bailey

Detta "la Nazi", è una donna molto rude, poche parole e coincise. È il medico che dirige gli studenti e con lei non si può sindacare molto, non si dimostra mai troppo sensibile ai problemi degli altri, forse perché è determinata a lasciare fuori dall'ospedale tutto quello che può distogliere l'attenzione sui doveri e sul lavoro. Schietta e preparata, spinge gli studenti ad oltrepassare i propri limiti, obbligandoli a capire che il lavoro necessita dedizione e sacrificio.

 
James Pickens Jr. è il Dr. Richard Webber

È il primario dell' Seattle Grace Hospital e non si intromette quasi mai nelle questioni mediche a meno che qualche caso molto importante lo imponga, si dimostra severo ma mai intransigente. Con Meredith ha un atteggiamento particolarmente protettivo in quanto amico e collega della madre.

Sara Ramirez è la  Dr. Callie Torres
dalla stagione 3 in avanti; ricorrente in precedenza

E' l'ortopedica che si innamora pazzamente di George e che poi sposa a Las Vegas. Ma poi conosce la Hahn e si interroga sulle proprie preferenze sessuali.

E' l'ex migliore amico di Derek nonchè responsabile della sua separazione; è con lui infatti che Allison, sentitasi trascurata, l'ha tradito. E' soprannominato dagli specializzandi Dottor Bollore. Si trasferisce al Seattle Grace per riconquistare Addison con scarso successo.

Chyler Leigh è la Dr. Lexie Grey
dalla stagione 4 in avanti 

E' la sorellastra di Meredith che arriva al Seattle Grace come nuova, giovane internista.

Kevin McKidd è il Dr. Owen Hunt
dalla stagione 5 in avanti

E' il nuovo primario di traumatologia, veterano della guerra in Iraq.

Jessica Capshaw  è la Dr. Arizona Robbins
dalla stagione 6 in avanti; ricorrente in precedenza

Chirurgo pediatrico che diventa il mentore della Baley quando vuole cambiare specializzazione. Omosessuale, intreprende una relazione con Callie, ostacolata però dal padre di quest'ultima.

T.R. Knight è il  Dr. George O'Malley

George è un ragazzo abbastanza emotivo che trova qualche difficoltà ad affermarsi nella "competizione" che obbliga gli studenti a dare il tutto per tutto. È attento e sensibile e dai pazienti riesce sempre ad imparare qualcosa. È timido e schivo, ha dal primo momento una cotta per Meredith ma non riesce a dichiararsi.

Brooke Smith è Erica Hahn
dalla stagione 4 alla 5; ricorrente in precedenza

Erica Hanh è il chirurgo cardiotoracico  rivale del Dr. Preston fin dai tempi dell'università; la vediamo prima contendersi con lui un cuore per il trapianto destinato poi a Danny, poi operare il padre di George infine arrivare in pianta stabile al Seattle Grace.

Isaiah Washington è il Dr. Preston Burke
dalla stagione 1 alla 3

È l'altro chirurgo sempre presente al Seattle Grace Hospital, è molto interessato alla sua carriera ed anche lui sembra essere indurito dal proprio lavoro. Non si sottrae alle responsabilità ed abile nel far fruttare la situazioni che lo fanno mettere in luce. Sembra tutto d'un pezzo, ma anche lui ha un lato non si può dire tenero, ma molto umano.

E' la moglie del Dr. Derek Shepard, chirurgo neonatale, che arriva a sorpresa al Seattle Grace Hospital per riconquistarlo. Dopo i molti tentativi, tutti falliti, decide di trasferirsi a Los Angeles, riunendosi alla coppia sua amica dai tempi dell'università, fresca di divorzio, Naomi e Sam, aggiungendosi allo staff della loro clinica privata ( e dando vita al primo spin-off della serie, "Private Practice").