登場人物の多く（ゲスト等での単発出演となった役柄を含む）は、JRAの騎手や調教師、馬主の名前をもじったネーミングがされている。これは、大の競馬ファンである後藤法子が提案した[4][注釈 1]。
主要人物
音無月子（おとなし つきこ）〈25 → 26〉
演 - 長澤まさみ（幼少期：篠川桃音[5]）経歴：警視庁捜査一課第七係丹内班（Part1）→ 警視庁非科学事件捜査班（Part2）警視庁捜査一課丹内班の新人刑事。階級は巡査。警視庁代々木警察署から異動する。マイペースな性格の上に、筋金入りの都市伝説オタクで幅広い知識を持つ。都市伝説の中には本物の史実を示す事実があり、色々な事件に都市伝説が関わっているという考えから、表に現れていない不可思議な出来事を証明するため刑事を志望したと話す。主に都市伝説の真贋を証明することに重きを置いた捜査をしている。都市伝説にまつわる事件に直面すると「来た」という口癖を言う。自他共に認める周りの目を惹く美貌の持ち主で、「利用できるものは利用する」と割り切って自らの美貌を武器にする。電話やメールの着信を事前に察知できる能力がある。自身も5歳の頃に天狗に誘拐され、3日間神隠しに遭った経験があるという。FBIとの人事交流のため、渡米する。Part2ではFBIから戻り、「非科学事件捜査班（Unscientific incident investigation unit（略称：UIU）」を、警視総監に昇任した武にせがんで設立してもらう。CIAからの要請で、中国の桂林で「かぐや姫」のミイラの調査をしている[注釈 2]。音無姓の競馬関係者には調教師の音無秀孝がいる。
勝浦洋人（かつうら ひろと）〈24 → 25〉
演 - 溝端淳平警視庁鑑識課。初対面時より月子に一目惚れしアプローチするが、気にも留めてもらえず、月子の捜査に利用される。「散らかっている」「順番が乱れている」などといった状態が気になって仕方がなく、事件現場であっても勝手に整頓してしまうほど几帳面な性格の持ち主。また、整頓する前の状態を完璧に覚えられるほどの記憶力を持つ。Part2では月子のためならUIUへの協力を惜しまない。勝浦姓の競馬関係者には騎手の勝浦正樹がいる。
警視庁
非科学事件捜査班 (UIU)
柴山俊也（しばやま としや）〈33 → 34〉
演 - 平山浩行経歴：警視庁捜査一課第七係丹内班（Part1）→ 警視庁非科学事件捜査班（Part2）警視庁捜査一課第七係丹内班刑事。丹内に従順で心酔している。彼が最も嫌っている怪奇現象である座敷童子が見えてしまった事があった(第7話)。学生時代は山岳部に所属していた。Part2でも未だに丹内班の一員として勤務する。柴山姓の競馬関係者には騎手の柴山雄一がいる。
浜中彩乃（はまなか あやの）〈23〉
演 - 高月彩良[6]（Part2）UIUに配属された新人刑事。パソコン関係に強く、ハッキング、パスワードロック解除、データ復元は得意。デジタル機器を駆使した捜査で、月子をサポートする。浜中姓の競馬関係者には騎手の浜中俊がいる。
丹内市生（たんない いちお）〈52 → 53〉
演 - 竹中直人経歴：警視庁捜査一課第七係丹内班（Part1）→ 警視庁非科学事件捜査班（Part2）部下が3名しかいない警視庁捜査一課第七係丹内班主任。「鬼の丹内」と言われている昔気質の刑事。学生時代は歴史研究部に所属していた。月子の言動には終始青筋を立て怒っている[注釈 3]。Part2では設立された新部署「非科学事件捜査班（略称：UIU）」の名ばかり班長に就任する。丹内姓の競馬関係者には騎手の丹内祐次がいる。
捜査一課 丹内班
岩田洋子〈36〉
演 - 安藤玉恵（Part1）警視庁捜査一課第七係丹内班刑事。岩田姓の競馬関係者には騎手の岩田康誠がいる。
安藤満〈28〉
演 - 良知真次（Part1）警視庁捜査一課第七係丹内班刑事。安藤姓の競馬関係者には騎手の安藤勝己や安藤光彰、光彰の長男安藤洋一がいる。
捜査一課 郷原班
渡辺正康〈29〉
演 - 菅原卓磨（Part1）警視庁捜査一課郷原班刑事。渡辺姓の競馬関係者には調教師の渡辺薫彦がいる。
郷原祐一（ごうはら ゆういち）〈40 → 41〉
演 - 宅間孝行警視庁捜査一課郷原班主任。自身の手腕に自信を持っているため、丹内のことはあからさまに見下しており、小さい事件を押し付ける。その反面、月子には甘い顔を見せる。郷原姓の競馬関係者には調教師の郷原洋行やその長男郷原洋司が、名前が「祐一」の競馬関係者には騎手の福永祐一がいる。
鑑識課
秋山信二〈39〉
演 - 辻修（Part1）警視庁鑑識課。勝浦の上司。秋山姓の競馬関係者には騎手の秋山真一郎がいる。
高田潤子（たかだ じゅんこ）〈40〉
演 - 大久保佳代子[7]（Part2）警視庁鑑識課員。勝浦の新しい上司。月子や交通課の2人に対してライバル心を燃やし暴言を吐く。高田姓の競馬関係者には騎手の高田潤が、名前が「潤子」の競馬関係者には元騎手の細江純子がいる。
交通課
細江真由〈26〉 / 板倉由希美〈26〉
演 - 小林優美（Part1） / 篠原真衣（Part1）警視庁交通課の婦警。勝浦に気があり、彼を連れ回す月子を快く思っていない。細江姓の競馬関係者には先述の細江純子が、板倉姓の競馬関係者には元騎手の板倉範明