『新世紀エヴァンゲリオン2』によれば、アダムやリリスは、サードインパクトを起こし補完計画を発動する際、魂を導く道標としての役割もあり、ゆえにゼーレはアダムの魂を持つ渚カヲルを、ゲンドウはリリスの魂を持つ綾波レイを極秘裏にそれぞれ用意していた。ゲンドウは、レイ＝リリスに人類の魂を初号機（ユイ）の元へ導いてもらおうと画策していたのである。

また、レイが心の奥深くにいるリリスと会話したり、地下の磔にされている肉体だけのリリスと会話する場面も存在する。そして、魂が移され綾波レイになったことで、リリスだったころの記憶はほぼ持っておらず、綾波レイとしての肉体が長く保てないのは、本来の自分の肉体ではないからとされている。
漫画版

アニメ版とは相対的に、あらゆる意味で人間的なキャラクターとして描かれている。最初から「碇くん」と呼んでいた他、アニメであったゲンドウを非難するシンジに平手打ちを食らわす描写はなく、ヤシマ作戦以降シンジに対して以前よりも親密な態度を示す描写が加えられている。

アニメ版ではストーリーの合間に垣間見える程度だったシンジへの恋心が、漫画版でははっきりシンジを想っている[7]。また、シンジもレイに恋しており、2人がお互いに恋心を抱いていたという設定は最終話に繋がっている。

シンジの2度目の来訪の際に自分からシンジを家に上げて紅茶を入れようとするが、実は今まで入れたことがなかったため、適量が分からず紅茶の葉を山盛り入れようとしていた。また、停電した基地内でアスカがミサトを探す際に「暗闇でも歩けて便利」という理由で同行するように要求されると、自分に関係ないとしてあっさり拒否する一方で、アスカが加持に渡すようにシンジに託した手紙を気にしたりするなど、コミカルな描写もある。

ゲンドウが自分のことを気遣っているように見えて、実は他人（ユイ）のことを思っているのに気づいていた描写や、シンジの母であるユイとの繋がりを明らかにするような描写も追加されている。また用途・効果・目的は明示されないが、顔面が崩壊しかけた後で赤木リツコから薬の投与を受けている。

次第にシンジの存在がゲンドウ以上に大きくなっていったことが、彼女自身のモノローグで語られ、ゼルエル戦後に初号機に取り込まれたシンジのサルベージの際は、「碇くんを私に返して」と初号機に呼びかけ、シンジの帰還に陰で貢献する。そして、シンジに触れられる度に様々な感情を抱いていたことを彼に告げると、自ら手に触れたいとシンジに伝えるシーンも登場する。

毎日シンジがアスカの見舞いに通う姿に嫉妬し、使徒に侵食された際にはシンジを独占したかった気持ちも描写される。その後、アニメ同様に2人目のレイが爆死し、その様を目にしたシンジは「君を失いたくない」と悲しみ、絆の深さが描かれた。

2人目の自爆死亡からはアニメ版とほぼ同様の展開だが、とりわけ補完世界においては明確に2人目のレイの感情をそのまま持ち合わせてる様が描かれ、同一人物のように描写されている。シンジの補完拒否と「もう一度君と手を繋ぎたい」という願いを受け入れつつ、涙と共に出会えたことへの感謝と別れの言葉を告げると、リリスの体は崩壊し、シンジの願いを乗せ、地上に雪のように降り注いでいった。そして、「シンジが（世界に）還ってくるのを待っている」とモノローグで告げる。サードインパクト後は、恐らく長い時間をかけて人々が平穏に生活する新世界として再構成されている。
パラレル作品

『新世紀エヴァンゲリオン 鋼鉄のガールフレンド2nd』（漫画：林ふみの）では、最終回の碇シンジの補完世界の可能性において登場した転校生の綾波レイのキャラクター性が基本となっている。出生の経緯が謎に包まれているなど、背景は原作と同様の設定ではあるものの、感情表現も豊かで明るく活発な性格。

『新世紀エヴァンゲリオン 碇シンジ育成計画』（漫画：高橋脩）では鋼鉄2ndより大人しく、原作アニメより社交性が高いキャラクターとなっている。同作品ではアスカとはシンジを巡って三角関係だが、原作に比べて仲は比較的良好である。

『新世紀エヴァンゲリオン 学園堕天録』（漫画：眠民）では原作に近いキャラクターとなっている。また、多少の天然キャラを思わせる性格も見え隠れしている。
新劇場版

ヒロインの1人で、EVA零号機のパイロット（“第1の少女”）。一人称は「私」、二人称は「あなた」。アスカからは「エコヒイキ」と呼ばれる。

アヤナミシリーズ、あるいはアヤナミタイプと呼ばれるユイの複製体の一人である。旧世紀版での「リリスの魂を持つ」「ひとつの肉体にしか魂は宿らない」という設定は本作では触れられていない。『シン』にて儀式のために作られた存在であることがゲンドウから語られる。表向きは旧世紀版と同様に淡泊かつ不愛想で、リツコからは「あの子が他人のために何かするなんて考えられない」「（何かしようという理由が愛だとは）ありえない」といわれる。レイとシンジとの邂逅や接近の度合い、さらに『破』で彼らによって初号機が覚醒を果たしたことまでが仕組まれたものであることがゲンドウと冬月の会話で示されている。また、円筒水槽に浸かっているシーンで身に着けている首輪には「REI-02」と書かれている。

なお、『Q』ではレイ本人は登場せず、同じ容姿のアヤナミレイ（仮称）（後述）が登場する。『シン』では「アダムスの器の贄となる、雌雄もなく純粋な魂で創られた穢れなき生命体」であるアドバンスド・アヤナミシリーズが登場するが、綾波レイと似た外観の人物が画面に映るのみで詳細は不明。
劇中

『序』での描写に旧世紀版から大きな違いは見られないが、割れたゲンドウの眼鏡を保管・携帯している描写がある一方、ヤシマ作戦終了後にシンジが救出に来るシーンではゲンドウを思い出すカットがなくなり、シンジが差し伸べた手にレイが手を重ねるカットが追加されている。