新大头儿子和小头爸爸

大头儿子

大头儿子是个活泼可爱的大头的小孩，是小头爸爸与围裙妈妈的儿子。他喜欢踢足球、下象棋，梦想当宇航员。

云朵妈妈

云朵妈妈是一名服装设计师，拥有一头蓬松卷发和甜蜜笑容，性格温柔贤惠，擅长以朋友式的沟通方式教育女儿。她注重生活细节，例如在下午茶准备过程中，即使女儿捣乱导致场面混乱，仍保持耐心并引导孩子解决问题。由于丈夫职业原因，云朵妈妈常独自参加家长会，展现了现代家庭中母亲的独立形象。

棉花糖

棉花糖是央视动画《棉花糖和云朵妈妈》中的女主角，邻家女孩，云朵妈妈与蓝天爸爸的亲生女儿，大胃王养女，大头儿子和小明的好朋友。棉花糖活泼可爱，纯真善良，机灵俏皮，爱美爱玩，品学兼优，多才多艺，既乐于助人又富有主见，具有现代小女孩的真实特性。她爱美、爱打扮、心灵手巧，能用任何东西编织出能用来打扮的饰物。

蓝天爸爸

小头爸爸

小头爸爸是一个桥梁工程师、转业海军中尉。非常爱家庭、爱老婆、爱儿子。

围裙妈妈

家里的家庭主妇，任劳任怨，擅长烹饪和唠叨，深爱着儿子和老公。

毛叔

毛叔是动画《新大头儿子和小头爸爸》系列中登场的人物，他们的好友。其社区店铺经营者身份成为多集剧情触发点，侄女毛蓉蓉的托管需求推动故事发展。

最美家庭主持人

陈大为

神舟十号发射主持人

宇航员叔叔

宇航员选拔赛主持人

保安

王成功

梦幻乐园奇遇记 彼时的王成功还是一名伟大的科学家，以科学家的身份在科技园里上班，在展览馆内向小头爸爸一家与棉花糖一家介绍他的新发明——时空穿梭机，并详细阐述了时空穿梭的复杂理念。 一日成才 王成功是“一日成才”计划的推动者，对“成功学”的崇拜已经到了痴迷的状态。他巧妙抓住家长们“望子成龙，望女成凤”的心理，引导家长加入自己的“一日成才”计划。最初王成功表现出的是大度、有责任心的性格，在大头儿子一家因为无意闯祸遭到围观群众刁难时帮他们解围，并反驳了大头儿子的班主任对大头儿子的羞辱，还全心全意帮助围裙妈妈实现“让自己儿子成才”的愿望。但随着剧情的推进，王成功身为疯狂科学家的真面目最终暴露在大头儿子一家面前，尤其是为了将大头儿子培养成自己最完美的“成功之子”，竟然狠心封印了他的情感。最终，王成功被小头爸爸、大头儿子、阿花和棉花糖联手击败。走投无路的王成功启动“成才一号”自毁程序，自己则启动逃生装置逃到了一座荒岛上 迷你大冒险 从荒岛上回归，化名“王博士”并利用自己发明的“迷你乐园”对大头儿子一家展开报复。 在小头爸爸和大头儿子在体验王博士发明的新产品“迷你乐园”时，被意外弹出，以迷你状态回归现实世界。他为了让产品都获得10分体验评分，以此来获得投资人的融资，于是他来到了大头儿子和小头爸爸家中，并与围裙妈妈沟通，希望消除差评，让父子俩给这个产品10分的体验评分，结果却与围裙妈妈发生了冲突，王博士轻而易举打败了围裙妈妈和阿花，并用“抓捕机器人”绑架了她们。最终因他的迷你乐园盒子存在严重的问题缺陷，被恢复正常体型的小头爸爸和大头儿子打了个大大的差评——0分，随后王成功也被围裙妈妈击败，结尾被警察逮捕。

小天才（企业家）

红衣男

小天才（武术家）

小天才（科学家）

小天才（运动员）

小天才（艺术家）