레오나르도 디카프리오는 크리스토퍼 놀란과 (그의 아내이자) 프로듀서 엠마 토마스가 코브 역으로 선택한 유일한 배우였다. 케이트 윈슬렛에게 맬 역을 제안했지만, 윈슬렛은 캐릭터에 자기자신이 전혀 보이지 않는다며 거절했다. 아서 역은 본래 제임스 프랭코가 맡기로 예정돼 있었으나 스케줄 조정에 실패해 결국 무산됐다. 엘렌 페이지가 애리어든 역으로 확정되기 전 에반 레이첼 우드, 에밀리 블런트, 레이첼 맥아담스, 엠마 로버츠, 제시 슈럼, 테일러 스위프트, 캐리 멀리건 등이 물망에 올랐다.