캐스팅 진행 당시 제작진은 캐릭터와 배우의 싱크로율에 초점을 맞췄다. 이에 제작진은 오디션과 미팅을 통해 배우들의 리얼리티를 찾아냈다. 그렇게 완성된 것이 세강고등학교 2학년 3반. 먼저 김소현은 출연 배우 중 가장 어린 나이이지만 극의 중심을 잡아야 하는 역할이다. 제작진은 그가 여자주인공 이은비 캐릭터에 애정을 갖고 끊임없이 고민하는 모습에 신뢰를 느꼈다. 또 극중 나이와 실제 나이가 가장 비슷해 또래 여고생만의 감성과 느낌을 잘 표현해내리라 믿었다는 전언이다. 남주혁은 한이안의 매력이 돋보일 수 있는 훤칠한 키와 외모를 갖춘데다 과묵하고 속정 깊은 성격이 캐릭터와 일치해 캐스팅 됐다. 특히 운동선수 출신으로 수준급 수영 실력까지 갖춰 수영 선수인 한이안 캐릭터를 리얼하게 풀어낼 수 있을 것이라 판단했다.
시한폭탄 공태과 역의 육성재(비투비)는 첫 만남부터 "딱 태광이다"라는 생각이 들 정도로 남다른 싱크로율을 자랑했다. 실제 오디션 당시 제작진이 일부러 던진 짓궂은 질문에 당황하고 흥분하는 모습이 딱 공태광이었다고.
백상훈 감독은 "'학교' 시리즈 자체가 이미 만들어진 배우보다는 앞으로 우리가 주목할 만한 배우를 선보이는 장이라고 생각했다. 배우들이 모두 매력적이기에 이번 작품을 통해 가능성이 입증될 것이라 믿는다. 배우들을 믿고 연출할 수 있을 것이라 생각한다"고 전했다.