唐川 (王凯 饰)
天才物理学家，协助警方破案，本与石泓惺惺相惜，却因为骇人听闻的命案被迫走向对立。
唐川的饰演者王凯介绍：
王凯，1982年8月18日出生于湖北武汉，中国内地男演员，毕业于中央戏剧学院03级表演班。2005年，出演首部电视剧《寒秋》进入娱乐圈。2008年，出演《丑女无敌》系列。2012年，主演张新建执导的电视剧《知青》。2012年6月，参演电视剧《新神探联盟》。2013年，参演电视剧《北平无战事》。
2014年，凭借电影《黄克功案件》获第九届华语青年影像论坛年度新锐男演员奖;同年，因出演古装权谋剧《琅琊榜》而获得关注，王凯凭借剧中萧景琰一角获得亚洲彩虹奖最佳男配角的称号。2015年，因出演谍战剧《伪装者》而被观众所熟知;同年11月，参演电影《铁道飞虎》。2016年10月，首次担任男主的侦探悬疑剧《如果蜗牛有爱情》首播;同年12月，主演的浪漫爱情剧《放弃我，抓紧我》播出。2017年3月31日，主演的悬疑电影《嫌疑人X的献身》上映。同年主演丁晟执导的警匪片《英雄本色4》。
石泓 (张鲁一 饰)
天才数学家，暗恋着美丽的邻居陈婧，为救失手杀了前夫的陈婧，他以缜密的逻辑思考设了一个绝妙的局，令警方无法知晓真相，与唐川被迫走向对立。
石泓的饰演者张鲁一介绍：
张鲁一，出生于北京，中国内地演员、导演，毕业于中央戏剧学院99级导演系，北京大学艺术硕士。2005年参演首部电视剧《玉卿嫂》，正式出道。2006年执导并主演话剧《和空姐同居的日子》。2008年3月-2010年3月，参演话剧《琥珀》。2011年主演都市情感剧《女人帮》。2013年因主演电视剧《火线三兄弟》而受到关注。2014年因主演电视剧《红色》而受到广泛关注;同年主演历史剧《东方战场》。2015年参演高希希执导电视剧《马上天下》。2016年参演近代革命题材电视剧《燃情大地》，饰演男一号马中秋。同年主演谍战剧《麻雀》，饰演反派毕忠良。2017年参演苏有朋执导的悬疑电影《嫌疑人X的献身》。
陈婧 (林心如 饰)
一名单身妈妈，因失手杀了自己的前夫而面临警察的指控。
陈婧的饰演者林心如介绍：
林心如(Ruby Lin)，1976年1月27日出生于台湾省台北市，中国台湾女演员、歌手、影视制作人。1993年以兼职广告模特出道。1994年因与郭富城合拍广告而正式踏入演艺圈。1996年正式签约琼瑶的公司。1998年凭借清宫剧《还珠格格》中“夏紫薇”一角而被观众所熟知。1999年再次主演《还珠格格第二部》;11月，发行首张个人EP《心跳》。2001年主演民国剧《情深深雨濛濛》，同年加盟BGM，并发行首张个人国语专辑《双面林心如》。2003年主演爱情剧《男才女貌》，收视仅次于《新闻联播》。2008年7月，签约飞乐唱片;11月发行个人专辑《新如主义》，并获得无锡七彩金曲奖年度全能艺人和最佳金曲奖。
2009年创办林心如工作室。2010年因主演古装剧《美人心计》而被观众所认可，凭借窦漪房一角荣获2010国剧盛典网络最受欢迎女演员。2011年9月，首担制作人并主演的古装剧《倾世皇妃》获同时段收视冠军，凭借该剧荣获国剧盛典年度最佳制片人奖、优酷大剧盛典年度最佳制作人奖以及安徽卫视亚洲偶像盛典最佳明星制作人奖。2014年7月，主演的惊悚电影《京城81号》上映 ，同年制作并主演电视剧《16个夏天》，获得第50届台湾电视金钟奖戏剧节目奖。2016年春晚林心如与梁咏琪、刘涛共同表演《山水中国美》而获好评。2017年特邀主演的悬疑电影《嫌疑人x的献身》于3月31日在各国同步上映。2016年7月31日，霍建华与林心如在巴厘岛举办婚礼，9月承认怀孕。2017年1月6日，林心如在台湾产下女儿“小天使”。
罗淼 (叶祖新 饰)
与唐川合作参与案件侦破的警官，也是破案过程中不可或缺的线索人物。因为石泓的设计使陈婧几乎拜托了嫌疑人的身份，却因为罗淼与唐川不断沟通而牵引真相付出水面。
罗淼的饰演者叶祖新介绍：
叶祖新，1984年7月8日生于浙江省衢州市，中国内地男演员，曾先后就读杭州演艺学院舞蹈系、中北英皇演艺专修学校。2003年，参演青春爱情电视剧《情断上海滩》饰演孙伟正式出道。2005年，参演古装电视剧《李小环与苗翠花》饰演方世玉。2011年，参演穿越电视剧《步步惊心》饰演十爷崭露头角;参演古装神话电视剧《活佛济公2》一人分饰必清、瘦仙童两角。2012年，参演古装武侠电视剧《新白发魔女传》饰演辛龙子受到观众喜爱。2013年，参演古装历史传奇电视剧《隋唐英雄3》、《隋唐英雄4》，饰演薛丁山;11月在2013风尚权力榜颁奖盛典上斩获年度飞跃新人奖。2014年，参演古装爱情喜剧《犀利仁师》饰演范大同。2015年，参演古装电视剧《蜀山战纪之剑侠传奇》，饰演医术不凡的张馅饼;参演抗日电视剧《铁在烧》饰演走上歧途的丁丑娃;同年主演的爱情喜剧电影《穷途》上映。2016年参演都市剧《一粒红尘》饰演闵朗。2017年3月，参演的电影《嫌疑人X的献身》上映，饰演警官罗淼。
少年唐川 (侯明昊 饰)
少年时期的唐川。
少年唐川的饰演者侯明昊介绍：
侯明昊，1997年8月3日出生于北京，中国内地男演员、歌手。2014年12月12日，以fresh极客少年团组合成员身份正式出道，并发行首张专辑《UP 4 U》。2015年，出演电影处女作《笑林足球》。2016年1月10日，宣布退出组合单飞;5月18日，获得OK杂志四周年颁奖典礼年度挚爱新生代演员奖;6月，参演的腾讯视频真人秀《放开我北鼻》开播，并获向上时尚之夜“最UP新人奖”及男人装十二周年颁奖典礼最具潜力新人奖;7月11日，推出个人首支单曲《超能奶爸》。2016年11月，主演优酷网剧《寒武纪》。2017年2月，主演乐视影业出品网剧《推理笔记》;3月，出演悬疑电影《嫌疑人x的献身》，饰演少年唐川。
少年石泓 (焉栩嘉 饰)
少年时期的石泓。
少年石泓的饰演者焉栩嘉介绍：
焉栩嘉，2001年9月23日出生于山东烟台，中国内地男演员、歌手，中国男子唱跳团体“X玖少年团”成员。
2010年，因参与出演商战剧《大时代》而进入演艺圈。2013年，参演古装悬疑电视剧《大明按察使》。2015年，被浙江卫视《燃烧吧少年》节目组选出成为选手之一。2016年4月，焉栩嘉凭借作品《你幸福我快乐》荣获第13届世界民族电影节“最佳新星奖”;同年9月，以rap担当的身份加入“X玖少年团”;之后，随X玖少年团推出同名数字专辑《X玖》。2017年3月31日，参演的都市悬疑片《嫌疑人X的献身》于全国公映;同年4月2日，随组合举行“以己之名”上海演唱会。
陈晓欣 (邓恩熙 饰)
陈晓欣的饰演者邓恩熙介绍：
邓恩熙，2005年出生于重庆，中国内地女演员。2014年，年仅9岁的邓恩熙参加中国首席少儿模特大赛，最终获得全国季军。2015年，参与录制湖北卫视青少年群体成长真人秀《英雄少年镇》。2016年，因参演个人电影处女作《嫌疑人X的献身》而正式进入演艺圈。
嫌疑人X的献身演员表(其他演员)
吴大庆 (任熙青 饰)
片中反派角色。
傅坚 (赵阳 饰)
陈婧前夫
滕坤 (成泰燊 饰)
曹伟 (丁冠霖 饰)
流浪汉 (李炳易 饰)
狗贩子 (李宏 饰)
刑警队长 (赵燕国彰 饰)
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