机娘的人物角色
伊卡洛斯(イカロス，声：早见沙织)
本作主要女主角，第一只未确认生物，身高162cm，体重48kg，B88(E罩杯)/W57/H85，战略用第一代人造天使Type α“Ikaros”(但刚开始时记忆遭封印而自称是娱乐用)。在第一代人造天使中拥有极高的战斗力和电算能力，但感情控制极弱(所以脸部总是只能摆着一副无口的表情，高兴或难过的反应也稍慢)。性能为耐压潜深3000米，水下无氧气可持续活动时间720小时(因不能游泳，故只能在水底步行，活动太久关节会有类似生锈的声音，但久了会自动修复)，飞行速度可达24马赫(约30000km/hr)。装配永久追尾空对空导弹“Artemis”、绝对防御圈“Aegsis”，以及轻易毁灭一个国家的最终兵器“Apollon”，具备自我修复程序。别号“空之女王”(Uranus Queen)。平时战略形态遭到封印，只以玩赏用型态进行生活，而情绪出现重大刺激时会解放部分力量，在妮姆芙入侵解除记忆系统后才回复原始型态，并可以自身意志决定型态。外貌为粉色的头发和碧绿色(动画中备战时会变成黄色，进入战斗状态时则变成红色，并且在备战及战斗状态时双眼的瞳孔都会有所改变，与一般生活状态时不同。)的双眼，翅膀为粉色羽翼且可大幅变形(可变双翼系统)。
在某日晚上12点时自空中掉落并接纳智树成为其主人，之后一直住在智树家中。此外因不明原因十分喜欢西瓜(动画第2季第1话曾拿着坏掉的地球仪，推测是喜欢球状物品)，还在后院种植西瓜田，曾以“Artemis”消灭田中害虫。时常带着一颗特别宝贝的西瓜，甚至可以为了西瓜不惜抹杀(包括智树在内)手上拥有那颗西瓜的任何人。
在课业上是100%的完美超人，远远凌驾楚原之上，这也让楚原陷入挫折感。对乐器不在行，但在唱歌方面相当优异，拥有美妙的声线，曾在学园祭为新大陆发现部所组的乐团担任主唱，让全校和私校的学生大幅震惊[。
不知为何喜欢玩木偶，喜欢把它的头不断地拿出放入，只要有谁令到木偶有任何损伤就会不惜抹杀令木偶受伤的人。同时也很喜欢圆圆的小鸡，只要有让小鸡受伤的人也会加以制裁，当妮姆芙和阿斯特雷亚吵架时，常常会不小心踩到小鸡，因而使伊卡洛斯动怒，但最后受伤的总是刚好经过的智树。在漫画55话为保护妮姆芙及阿斯特蕾亚，以身体抵挡伊卡洛斯.梅兰的Apollon攻击被重创，后因潘朵拉起动而进化。
曾在远古时被当时西纳普斯的主人下令攻击地面，但几乎将地面毁灭殆尽的时候突然故障而紧急着陆，并遇上一人类且与其铭刻后被下令反攻击西纳普斯，因当时没有宙斯的保护，西纳普斯一瞬间便毁于一旦，后来仅靠着少量兵器和四只天使(β，Δ，γ)的力量制服，并被植入没经许可接近西纳普斯便会启动的自燃装置。
漫画76话智树在不知情的状况下要她带他到西纳普斯，伊卡洛斯在飞往西纳普斯时说出自燃装置的事，原本智树要她马上回去，但被伊卡洛斯拒绝，随后启动自燃。
漫画77话终于能微笑得说出自己对智树的感情，随后身体焚毁，只剩下可变双翼的核心，最终因智树在石板的愿望而复活。
进化后的伊卡洛斯拥有双重可变翼，战斗力也大幅提升，感情表达更丰富。得知智树受重伤后，悲愤的伊卡洛斯即向伊卡洛斯.梅兰反击，瞬间击坠所有敌人。
喜欢智树，在智树和妮姆芙太亲密时会吃醋，但却无法理解，而此时自身动力炉会感到刺痛(在动画版第十四集时已能接受妮姆芙)。
当智树遇到麻烦时，头上会有一小搓头发(呆毛)竖起不停晃动同时发出哔哔声。
在学校化名为“威伽露主”(日文发音(いかろす)与伊卡洛斯(イカロス)相同)，且根据鞋柜里曾出现大量情书看来是颇受学校男生欢迎。
与妮姆芙(β)及阿斯特莉亚(Δ)不同的是切换成战斗模式时头上会有光环，而且头发会略微竖起。(有点类似变成刺猬头一般，只是没那么明显)
名字由来为希腊神话中，自己用父亲代达罗斯所制作的门纸羽翼飞上天，却因飞行所带来的喜悦感受而越飞越高导致太靠近太阳导致门纸羽翼融化坠海身亡的少年。
2012年ISML国际最萌大会获得紫水晶手镯。
拥有武装：
Artemis(永久追尾空对空导弹)：发射后会有数支导弹追寻目标，动画第8集对战妮姆芙初次使用。
Artemis II：经强化的Artemis，每发最大威力足以击毁一台伊卡洛斯.梅兰。
Aegis(绝对防御网)：坚硬的防御网，第8集对战妮姆芙初次使用。
Aegis II：强化的Aegis，可将攻击的轨道修正且反弹。
Aegshis Power Mode：仅在剧场版出现，Agesis的大威力模式，范围中产生的重力场可让常人在内站立。发动时翅膀和战斗服黑色线条都会发出红光。
Hephaestus(超高热压缩对舰炮)：巨型大炮，仅在漫画出现。
Hephpaestus II(超高热压缩对舰炮二式)：强化的双管巨型大炮，仅在漫画出现，威力远胜一型。
Apollon(最终兵器)：一把附有烈焰的弓箭，可轻易把一个国家毁灭。
自我修复程式：能快速恢复身上所有伤势，但此程式似乎还是能破坏的。
Uranus System(空之女王系统)：仅在动画中出现，伊卡洛斯的主要战斗系统，召唤出战舰攻击敌人。在第二季第八话中，使用该系统与卡俄斯对战，被卡俄斯破坏一部分后，将其变成飞行战舰，并与卡俄斯一起沉入深海中，之后因负载太大而一直没有启用。
卡奥斯(カオス，声：丰崎爱生)
第五只未确认生物，第二代人造天使Type ε“Chaos”。身高107公分、体重20公斤(47话，31话为19公斤)。装配的翅膀具备变形的能力并有强大的破坏力(连空之女王战舰都遭受损)，还具有入侵梦境，改变外貌假扮他人，制造幻觉的能力。原始外貌为金色的头发和紫色的双眼，翅膀为三对类似手术刀般的钢翼(动画第二季第10话变为类似剪刀的型态)，表面年龄为9~10岁的小女孩(动画第二季第10话暂时成长到20岁左右的女性)，总是身穿黑色的修女服。
西纳普斯命令她回收天使机器人的可变双翼系统的核心，但卡奥斯对命令不太在意，她只想理解让“姐姐们”之所以背叛西纳普斯的“爱”为何物，并借由战斗去理解何谓爱情，然后在阿斯特蕾亚与伊卡洛斯联手击退丢置深海中因超高水压而无法动弹。
在动画第二季第十话中吸收周遭的生物，翅膀变为类似剪刀的六翅(和原本差异不大)，本体急剧成长为成人的体态。由于伊卡洛斯的对话被她误解成痛苦便是爱，因此第二次找第一世代人造天使(alpha， beta & Delta)战斗，让姐姐们明白自己的爱就是痛苦，可是被三人合作打败，同时樱井智树第二次和她相见，并让她明白真正的爱是关心而不是痛苦，卡奥斯第一次感受到爱(内心温暖)并因为战斗受伤而失去知觉。其后接受战后治疗，并重新变回小孩子的外貌，动画第二季最后一集，卡奥斯也成为智树的家庭成员之一。
以哥哥来称呼智树。
漫画45话吸收了潜藏于深海的赛莲，翅膀巨大化，让自己身体被破坏的地方复原，飞行速度最少可达17马赫。
漫画46话因为欺负手上的小猫而被智树责备，后来智树发现她没有穿鞋子，随手找了一双鞋子给她，让她感受到真正的爱和关心。其后想回到西纳普斯时，被天上的主人以防御系统“宙斯”攻击及废弃处分，但成功逃走。
漫画47话卡奥斯打算去找智树，但当下因为智树被其他三位天使给烦到不行而爆出了“人造天使什么的都不要回来了!”而再次产生了对爱的误解，重回深海，造成之后智树等不到卡奥斯以及日和被杀的遗憾。
漫画56话吸收了被打倒的伊卡洛斯·梅兰可变羽翼核心，并使用Artemis、Aegis跟超震动光子剑对付伊卡洛斯、妮姆芙跟阿斯特蕾亚，但在发射多枚Apollon前一刻突然中止攻击撤退，最后到智树病房说“做个好孩子...这样的话...可以回到大哥哥的身边吗?”。
漫画60话可看出其翅膀已拥有进化后的伊卡洛斯和妮姆芙以及阿斯特蕾亚等人羽翼的某些特性，但还保留着一部分自己原本的刺刃状翅翼，战斗力强大致西纳普斯也无法估计。
漫画版跟动画版有差异：在漫画版中，卡奥斯对战后直到赛莲被卡奥斯吸收后，才重返地面。而卡奥斯的事情只有四名天使机器人(伊卡洛斯、妮姆芙、阿斯特蕾亚、日和)和守形知道，智树毫不知情(第46话遇上卡奥斯时只当对方是普通小孩子)。动画版中卡奥斯在第8话遭到空之女王战舰沉到深海，第10话吸收周遭物进化为成人形态，再度被击败，第12话最后跟智树碰面成为家庭一员。剧场版中在代达罗斯实验室的冬眠舱内接受调整。
漫画69话宣称要吃掉风音。70话卡奥斯自认只要变聪明就能成为好孩子，就可以回到智树身边，因而对风音展开压倒性的猎杀行动，当风音哭诉道“为什么要做这么过分的事情?”虽然产生了犹豫，但仍然选择了动手，之后获得了卡奥斯记忆的风音，为了让卡奥斯不在一直孤单下去，自己将刀刃刺入体内把记忆传给卡奥斯而死，卡奥斯在困惑著“这样我就能变聪明了吗?”时，接收到了风音的记忆，明白了自己所作所为所代表的意义后，后悔莫急。之后遵循风音最后的话语，来到智树面前，要求智树亲吻她，在智树羞涩的说“长大点再说吧”，并启动潘朵拉的进化，成为大人的型态。71话遇到因日和之死而极为愤怒的妮姆芙而被迫开战，目睹智树阻挡在他们之间，此时她的黑色钢翼已使智树受了重伤，随后她难过地飞走并说着“我要重新来过”，向着湖边守形的帐篷飞去，将守形弄晕后飞上西纳普斯的最顶端——“规则”(石碑)，以其能力让守形了解石板的文字，并成功诱导守形许下愿望。74话与进化后的阿斯特蕾亚战斗，但最终因吸收核心暴走而爆炸，在临死似乎了解到“爱”的真义。
漫画77话因智树在石板的愿望而复活，卡奥斯恢复成小女孩的样貌，而且终于被智树承认为好孩子。
名字由来为希腊神话的混沌之神。
拥有武装：
Absorption Core(吸收核心)：只要卡奥斯击破一只人造天使，卡奥斯就可以吸收她的所有力量作自己进化之用，更可多次多次进化，但吸收过多的话便会暴走。
Zeus Shield(宙斯盾)：所有人造天使中最强的盾牌，但却遭进化了的阿斯特蕾亚一击破坏。
Medusa(抵抗知觉系统)：可制造若干个卡奥斯的幻影。
Chimera(奇美拉)：威力能与Hephaestus相提并论的大炮。
伊吕里(いろり，声：茅野爱衣)
本作主要女配角之一。为当代名匠花柳斋的得意之作〈雪月花〉三部作品之一的〈雪〉之人偶，为三姊妹中最年长的姐姐。夜夜和小紫称她为“伊吕里姐姐”。
有着几乎与夜夜如出一辙的面容以及银白色的发丝，负责侍奉在硝子左右，并且对夜夜特别的关心。
魔术回路为〈冰面镜〉，有着极强大的破坏力，能够瞬间冻结眼前所见的一切事物。单独战斗时就能压倒辛格，空间制压能力极为优秀，是三姊妹中战斗能力最强的。
个性沉稳，甚至有些许固执，对谁都是彬彬有礼，对硝子与雷真的话特别遵从。但对于“家族”的态度就很容易激动，还会因此说出极危险的发言。
与感情直接表达在外的夜夜不同，情绪较为内敛。随着故事的发展也慢慢有了奇妙的发言与举动。
对姊妹们极为关心，并常常对不怎么听话的夜夜进行说教，小紫则是感觉她很可爱而少对她训话，让夜夜有时会因此感到嫉妒。不过有时会因为关心过头的缘故而让言行举止看起来像个笨蛋姐姐一样。有时也会支持着丧失了自信的妹妹们。
在侍奉硝子的同时也负责处理家务，尤其擅长料理。
对有关恋爱与情欲的话题很不拿手，说话会因此结巴。
因为雷真把三姊妹当成人类看待而抱有着比感激更多的感情，夜夜诱拐事件后这方面就更为明显，然后会因此故意或无意识的加入雷真身边的女性们的战争之中。
夜夜(夜々(やや)，声：原田瞳)
本作女主角，雷真所持有的人偶。为当代名匠花柳斋得意之作〈雪月花〉三部作品之一的〈月〉之人偶，为三姊妹中排行第二，外型为完全仿真的黑发少女，令人讶异的精致容貌是其最非人的地方。
对于雷真十分依赖，有着超出主人以上的感情，自称是雷真的妻子，经常醋劲大发，也常表现出好色的一面，甚至会刻意破坏雷真的对外形象来阻止其他女性接近。只要听到有关雷真的话题就会特别敏感，也很容易暴走。
最初相遇时其实对自己乃是最高级的人偶、却要服从尚是魔术刚入门者的雷真而很是不满，甚至到了想杀掉雷真的程度;但在雷真提议以死斗分个胜负后，为他平等对待人类与人偶的态度所打动才展开心扉。
其为“禁忌人偶”，制造时采用的素材是硝子自己的肉体。
受伤时会吸收雷真的生命力，具现出来就是遏制了雷真的恢复力，可以自己的意志中断从雷真那所得到的生命力，导致自己的生命力日益减少，从这点看来其已经超越了机巧人偶的界限，因为理论上机巧人偶是无法将魔力(魔力相当于人偶的生命力)给逆流回去的。
由于自行中断从雷真那所得到的生命力，以及一系列的高强度战斗，造成了魔术回路的损坏。由于硝子当时跟从金蔷薇，面临了死亡的危机，幸得被某人及时修复(并未指出对象，但从描写看来是天全)。
在天全、雷真联手以赤羽一族的秘术意图让抚子复活时献出了自己的生命，使抚子成功复活。最后在雷真的呼唤下成功在神性机巧内觉醒，并成为能使用金刚力的人类而复活。
魔术回路为〈金刚力〉，能够将目标从分子等级进行超高度物质化，使其发挥出筋力数千倍的强韧身体与力量。施展对象不限于自身，所以可以施加在雷真身上和雷真的格斗技配合，但同一时间只能施展于一处，且对流体不起作用(物理攻击的弱点就是流体水和风)。
技能为天崄(金色，防御技)、吹鸣(蓝色，速度技)、光焰(红色，攻击技)、森闲(绿色，反击技)(其实就是孙子兵法/武田信玄的风林火山)，后再配上各种数字加冲或结字作招式名，代表不同的爆发强度，数值必然为十二的倍数，在雷真右手被封印期间数值全部减半，如“吹鸣四八冲”(封印后是二十四)。以上皆为赤羽一族中流传的人偶操作技巧和指令。
四种战术各有被称为“绝冲”的必杀技，且每类型皆不止一种，从雷真本人一度使用过其中的招式看来，似乎全部源于雷真自身的体术。
体内封印了某些东西，在第一卷初时被硝子解封，在雷真有生命危险时会觉醒并爆发出强大战斗力，此时发色会变成金色，额头则会出现水晶构造的角锥状的角，按硝子所说将于近期完全觉醒。
柚姬(柚姫，配音：折笠富美子)
身高160cm。12月25日出生(制造日)。
稔所拥有的自制电脑中性能最高者。因是依照稔逝去的姐姐—斋藤枫(原名国分寺枫)当成模型而制作，所以言行举止和喜好与姐姐一模一样。她被设定为温文儒雅。
邪神镜（邪神 かがみ（やがみ かがみ），声：花泽香菜）
邪神三姐妹的次女，樱花咲夜学园1年右组（第4集后为2年左组），和锁锁美同班。外表朴素，在班上并不起眼，时常露出一副想睡觉的样子。参加名为“创造会”的同好会。
刚开始和锁锁美有过一段尴尬的关系、如今已成为锁锁美不可取代的亲友之一。
原是恶德秘密结社“荒吐神（アラハバキ）”从剑身上分割出来的恶意所改造而成的“灵能机器人”、之后被剑夺回并一起生活至今。原本的真身为迦具土。与敌人战斗的时候是用藏于自己体内的重兵器来战斗。