《爱的厘米》中的演员有佟丽娅、佟大为、许娣饰、韩童生、檀健次、左小青、涂松岩、胡可、姜妍、程雍、徐囡楠、任正斌、盖克、郑合惠子、郭家铭、陈子由、张逗逗、周奕彤、姚大海、刘一煜、孙率航、杜艳、姚艾、刘金妮、任洛敏、李跃民、姚俊谊、张沈、张陆。
以下是几位主要演员在剧中的角色：
1、关雨晴
演员：佟丽娅
航空公司机长职务，她人长得漂亮，业务能力又强，颇受男生的喜欢，孙小白一直默默的喜欢着她，并为她排忧解难，但是作为师父的关雨晴对他并无爱意，但是孙小白依旧一直坚持。在一次救人的事件中和裤芦盯徐清风相识，后来两人又因为躲避家庭的矛盾搬到专家公寓，胡和两个人开始相识，相知，相爱。最后经历重重磨难，幸福地走在了一起。
2、徐清风
演员：佟大为
徐清风作为燕西国际医院一名心外科医生，不仅技术水平高，人又帅，是很多医生护士的理想男友。但是他一直单身，和她同科室的林洁对他爱慕已久，平常对他照顾有加，母亲开始有意撮合两人，因为和母亲一直相依为命，所以母亲的做法他总是默认也不阻拦。直到关雨晴的出现，两个人经历重重磨难，最后幸福地走在了一起。
3、徐秀兰
演员：许娣
徐清哗瞎风的金牌调解员妈妈，是一个性格火爆，对儿子照顾得非常全面，从儿子很小的时候就和老公离了婚，独自抚养儿子三十多年，儿子的生活和爱情都由她一手包办，但是因为自己害怕儿子因为自己离了婚生长在单亲家庭中有想法，她就想什么都给儿子最好的，但殊不知，她的这种行为给儿子造成很大的压力。
4、关永年
演员：韩童生
是一个特别重男轻女的父亲，总是把女儿当成骄纵叛逆的儿子关振雷的提款机。为了儿子的各种无理要求，不断牺牲女儿。最后儿子关震雷因为常年游手好闲导致妻子和他离婚，关震雷开始堕落，自暴自弃，为了尽心照顾儿子，害怕儿子做傻事。直至结婚，父女两人才冰释前嫌。
5、关震雷
演员：檀健次
关家小儿子，自私自利，娇生惯养的爹宝男，在自己的父母面前灵活自如的花式撒娇，得到了偏爱；在李贝的父母面前，变身又怂又萌的“嗲精”，得到了对方的刮目相看。除了拥有撒娇技能之外，关震雷对李贝的爱也感动了不少观众——为了自己喜欢的人，可以不计后果地付出一切。
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