La estrella de la película ye Peter Sellers, qu'interpretó a tres personaje: al capitán d'aviación de la Royal Air Force, Lionel Mandrake, al presidente de los Estaos Xuníos, Merkin Muffley, y al Dr. Strangelove, asesor (ex nazi) del presidente (vease Operación Paperclip). Sellers sería tamién quien protagonizaría'l papel del pilotu del bombarderu, el mayor T. J. Kong, pero por un accidente mientres la filmación tuvo d'abandonar el papel. El mayor Kong foi protagonizáu pol actor Slim Pickens. Otres apaiciones importantes fueron la de George C. Scott como'l xeneral Buck Turgidson y James Earl Jones debutando en cine como'l teniente Lothar Zogg.