Có một số lượng rất đông các nhân vật trong Ai và Ky ở xứ sở những con số tàng hình. Ngoài nhóm nhân vật lịch sử như Thales, Diogenes, Descartes (Cartesius trong truyện), Gauss (Carlorus) và nhóm nhân vật hoàn toàn hư cấu như Hetty, Alice, rồng Gryphon; trong cuốn sách còn xuất hiện nhóm nhân vật được sáng tạo dựa trên việc cho những nhân vật hư cấu mang một phần hành trạng những nhà toán học, triết gia có thật ngoài đời. Việc giải mã các nhân vật này là một thách đố thú vị đối với người đọc và là lý do ra đời phần Aikypedia cuối sách.

- Ai: có thể xem Ai chính là bản thân mỗi người đọc trong quá trình tìm hiểu vẻ đẹp của toán học và triết lý sống, tại mỗi điểm dừng của mạch truyện Ai lại được dẫn dắt tiếp bởi một nhà hiền triết. Sự trong sáng của nhân vật Ai trong sách cũng chính là biểu tượng cho bản tính "nhân chi sơ" của mỗi con người.

- Ky: là nguồn cảm hứng cho Ai trên bước đường khám phá, thường xuất hiện một cách điềm tĩnh và đúng lúc để giải thích các vấn đề Ai đang bỡ ngỡ. Được xây dựng như một vai lão bộc trong chèo cổ, Ky đóng vai trò cầu nối giữa cậu bé Ai thơ ngây và các nhân vật khổng lồ về kiến thức trong xứ sở của những con số tàng hình. Dựa trên các miêu tả ngoại hình, nhiều người cho rằng Ky chính là đồng tác giả của cuốn sách, nhà toán học Ngô Bảo Châu.

- Zena: cô bé mắt nâu có cái nhìn kỳ lạ đến độ thôi miên Ai, người mang cho cậu cảm giác vô vọng "cái đích cậu muốn đi quả thật là nơi không bao giờ cậu có thể tới được". Cách giải thích của Zena cho Ai về đoạn đường từ lò bánh đến cuộc thi dù thu ngắn đến đâu vẫn luôn tồn tại làm người đọc liên tưởng đến nhà toán học, triết học Hy Lạp cổ đại Zénon (thế kỷ X trước CN), người đưa ra cách lý luận thuyết phục những điều rõ ràng vô lý, và tên tuổi ông gắn liền với những nghịch lý Zénon nổi tiếng.

- Elaci: một trong những nhân vật được xây dựng đẹp nhất trong sách, hồn hậu và dũng cảm, thiên tài và ngây thơ, chịu nhiều bất trắc nhưng luôn tin vào tương lai, rằng "mọi sự rồi sẽ ổn". Elaci phát hiện ra rằng quyền lực phép căn của vua Ka Cơ trong vương quốc không phải vạn năng như nhà vua tự quy định. Tranh thủ những giây phút cuối cùng trong ngục, Elaci đã viết ra 25 trang giấy những phát kiến của mình, với hy vọng cuối cùng có thể làm thay đổi nhà vua, đưa vương quốc thoát ra khỏi những nghịch lý và độc tài phép căn. Elaci có thể được xây dựng trên hình mẫu thiên tài toán học đoản mệnh Évariste Galois, người nhiều lần bị tù tội do theo xu hướng cộng hòa, một số công trình toán học nay đã thất truyền của ông cũng được viết trong tù.

- Tể tướng Chico: một nhân vật đa diện phức tạp. Trong sách có một Chico thiên tài, người đã chỉ ra cho Ai biết những khái niệm đầu tiên về chuỗi, về giới hạn. Nhưng cũng có một Chico độc ác, người ra lệnh khám xét lò bánh mì nhằm chiếm đoạt thành quả của Elaci. Chico cũng được nhìn nhận như một kẻ xu thời, dù biết rõ những lỗi thời trong "hiến pháp" của vua Ka Cơ nhưng vẫn hết lòng phụng sự ông vua này, có lẽ để bảo toàn cánh đồng đậu vô hạn và thế giới phi nhân của mình. Dựa trên quan hệ Chico-Elaci, có thể thấy nhân vật Chico được xây dựng trên hình mẫu nhà toán học lỗi lạc người Pháp Augustin Louis Cauchy, người được đặt tên cho bất đẳng thức Cauchy (Cô-si) nổi tiếng.