感情を表に出さず、寡黙で常に無表情[注 2]。当初はゲンドウにのみ心を開いていたが、碇シンジと出会ったことで彼とも絆を深めていき、次第に様々な感情を見せ、自我といえるものが芽生えていく。

ペシミズムとも異なる存在の希薄さを持ち、「エヴァに乗ることが全てで、他には何もない」と言い切り、どのような危険な任務であろうと自らの命を顧みることなく毅然とこなす。エヴァに乗ることは他者との繋がりを持つ唯一の手段であると考え、それにより築かれる他者との「絆」を大切にし、自身の存在理由を見出そうとしている[1]。
生活

古い集合団地（『新劇場版：序』では「第3新東京市市営住宅第22番建設職員用団地6号棟」）の402号室にて一人暮らしをしている。部屋は打放しコンクリート柄の壁紙が貼られた殺風景なもの。カーテンは昼間から閉め切られ、僅かに光が差し込む程度になっている。自室には生活用品も家電製品も必要最低限のものしか置かれておらず、装飾品や調度品の類は一切存在していない。唯一、零号機の起動実験時に割れてしまったゲンドウのメガネを所持・保管している。私服なども着用している場面はなく、多くの場合、学校の制服で活動していた。

肉が嫌い[注 3]であり、一度ラーメンを食べに行った際には、ニンニクラーメンチャーシュー抜きを注文していた[注 4]。自身が趣味として認識しているかは不明だが、ドイツ語で書かれた遺伝子工学の原書を読むなど、読書をしている姿が度々描かれている。
交流

日常生活において他者との交流はほとんど見られないが、意識的に避けているわけではなく、必要以上の会話をしないという彼女の性格に起因する[1]。しかし、第弐拾参話以降は自分が思わず流した涙により、無意識下の孤独感を味わう。
碇シンジ
当初は特に興味を示している様子は見せなかったが、ヤシマ作戦でシンジに笑顔を見せてからは、呼び方が「あなた」から「碇くん」に変わり、次第に心を開き意識するようになる[1]。劇中で見せる、心配、赤面、戸惑い、驚き、怒り、哀しみなどの感情の表れと思える表情のほとんどにはシンジが関わっており、ゲンドウとは違い対等な一人の人間として接してくれるシンジに対し、やがて恋心とも取れる特別な感情を抱くようになり、自我と呼ぶべきものを得ていく。そして使徒との接触の中で、初めての涙とともに「碇くんと一緒になりたい」との想いに気付くも、シンジを助けるために使徒もろとも自爆する。その後、別の肉体により復活するが感情の受け継ぎはなく、呼び方も「あなた」になるなど当初の接し方に戻り、またシンジが真相を知ったことで再び距離が離れてしまう。しかしその想いは残っていたのか、旧劇版ではシンジの激昂に反応して「碇くんが呼んでる」とゲンドウの元から離れると、リリスに還りシンジの元へと向かい、人類の未来を彼に委ねると共に道を示す。
碇ゲンドウ
当初レイが唯一心を開き信頼していた存在。ゲンドウの壊れた眼鏡を大切に保管し、笑顔を見せ会話する様子を見せるなど心の拠り所となっていた[1]が、自分を身代わりの人形や道具としてしか見ていないことにも気付いていた[3]。それでもレイにとっては大切な存在ではあったようで、自爆の際などにはゲンドウの面影がフラッシュバックされる。劇場版ではシンジの激昂に反応すると、「私はあなたの人形じゃない」と言い残し、ゲンドウを裏切り、彼の元から離れていく。
惣流・アスカ・ラングレー
レイはほとんど関心を示さず、アスカからはファーストや優等生、人形などと呼ばれ、同じパイロットとしての信頼度やシンジとの親密な関係から次第に妬みや憎悪に近い敵意を向けられるようになり、関係は悪化していく。アスカのシンクロ率の低下が顕著に表れ始めた際には助言するが、火に油を注ぐ結果となり、結局相容れることはなかった[4]。
渚カヲル
使徒である彼との出会いを経て、3人目のレイは自分がヒトよりも使徒に近い存在であることを悟る[3]。
真相

出自については謎が多く、脚本決定稿では2010年に現れたレイについて「7歳に見えるが5歳」という記述があることから、少なくとも碇ユイの没年の翌年である2005年に誕生し、本来の人間より早く成長している。

ターミナルドグマ内に存在する人工進化研究所3号分室で誕生し、幼少期を過ごしている。レイの深層心理を構成する光と水はこの場所の影響を強く受けており、レイの生活する団地の部屋がコンクリートむき出しで殺風景なのはこの部屋のそのせいである[5]。

小児期の容姿を見た赤木ナオコが一目でユイを想起したほど似ていることから、ユイのクローンと思われがちだが、魂はリリスの魂であり、肉体はEVA初号機に取り残されたユイのサルベージで得られた[6]。そのため肉体はユイのコピー的なものとは言えるがクローンとは言えない。

セントラルドグマに位置する地下プラントには多数の魂のないレイのクローン浮遊体が存在し、何らかの原因でレイが死んだ場合、魂をそれらの新しい肉体に移し変えることで復活する。