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Clark Gregg como el agente Phillip "Phil" Coulson, un agente de campo que supervisa muchas operaciones. Gregg repite el papel que interpretó en Iron Man, Iron Man 2, Thor y The Avengers. Sobre el personaje, Whedon declaró que nunca sería posible hacer una serie sobre S.H.I.E.L.D. sin el agente Coulson.

Ming-Na como la agente Melinda May, dura soldado con excelentes habilidades en armamento, pilotaje y artes marciales a la que las experiencias vividas han marcado mucho. El nombre del personaje fue Althea Rice (apodada The Calvary) durante la fase de casting.

Iain De Caestecker como el agente Leo Fitz, un experto en tecnología de armamento.
 
Elizabeth Henstridge como la agente Jemma Simmons, quien realizó su entrenamiento junto a Fitz y ahora son inseparables. Es experta en biología y química.
 
Brett Dalton como el agente Grant Ward, calmado y poco social aunque con temperamento y no exento de encanto.
  
Chloe Bennet como Skye, una hacker civil que se une al grupo. Divertida, inteligente, cuidadosa y segura de si misma, sabe controlar una situación mediante su ingenio y encanto.

Marvel Cinematic Universe S.H.I.E.L.D.
Executive Directors

    Howard Stark - First executive director.
    Alexander Goodwin Pierce - Senior leader.
    Nick Fury - Current executive director.

Agents

    Clint Barton/Hawkeye - Skilled marksman with an exceptional ability in archery; former and founding member of the Avengers.
    Agent Blake - Espionage agent
    Sharon Carter/Agent 13 - Espionage agent.
    Phil Coulson - Formally assumed deceased; Field officer who oversees many of the division's field operations.[182][183]
    Agent Leo Fitz - Weapons, gadgets and cutting edge technology;[184] Engineer[182]
    Maria Hill - Second in command.
    Agent Melinda May - Ace pilot and weapons expert;[185] Administrator[182]
    Benjamin "Benny" Pollack - The R&D Think Tank.
    Steve Rogers/Captain America - Adviser; Former leader and founding member of the Avengers.
    Tony Stark/Iron Man - S.H.I.E.L.D. consultant; former and founding member of the Avengers.
    Natasha Romanoff/Black Widow - Undercover spy; former and founding member of the Avengers.
    Brock Rumlow/Crossbones - S.H.I.E.L.D. operative.[186]
    Erik Selvig - Astrophysicist and Tesseract scientist
    Agent Jemma Simmons - Studies life sciences (both human and alien);[184] Bio-chemist[182]
    Jasper Sitwell - Espionage agent
    Skye - S.H.I.E.L.D. consultant; Computer hacker
    Agent Grant Ward - Black ops specialist[182][187]
    Sam Wilson/Falcon - Espionage agent with the ability to fly and speak telepathically to birds.[188]
    Claire Wise - Apprentice of Agent Blake.

Former agents

    The Avengers - Field team; disbanded
    Howard Stark - Deceased; co-founder of S.H.I.E.L.D.
    Peggy Carter - Retired