上野さんは中学3年生の科学部部長で、本作の主人公です。外見の最大の特徴は、鮮やかな赤髪（オレンジ寄りの赤）を大きく結んだツインテールです。このツインテールは感情の高ぶりに合わせて伸びたり動いたりし、時には校舎を突き破るほどです。初期は短めに描かれていました。目は吊り目で瞳は赤みがかり、感情によってハート形になったり多重リングやスパイラルになったりと非常に表情豊かです。口元にはかわいらしい八重歯があります。体格は全体的に小柄で貧相です。制服は標準的な中学のセーラー服で、3年生を示す赤いスカーフと靴が特徴です。縞パンツを好みます。 性格は天才的なマッドサイエンティストそのものです。中学生とは思えないレベルの奇想天外な発明品を次々と作り出し、物理法則を無視するような性能を発揮します。建前は「世界平和と進歩のため」ですが、実際は意中の後輩・田中へのアプローチのために発明していることが多いです。普段は強気で横柄な態度を取り、特に田中には「バカ」などと怒鳴ることが多い一方、他の同級生の前では比較的おとなしく敬語を使う傾向があります。恋愛に関してはタイトル通り極めて不器用で、直接気持ちを伝えられず、発明品を使って遠回しに（しばしば性的な状況を作り出して）告白を試みるものの、毎回失敗。予想外の展開になると赤面してフリーズしたり、しどろもどろになるほど根は純情でウブです。感情の起伏が激しく、一生懸命な性格です。 趣味・情熱の中心は発明。毎日のように新しい発明品を完成させて科学部で実験を行い、他の部の部長から発明を頼まれたり。小学生の頃は新体操クラブに所属していた経験があり、意外と運動神経が良い場面もありますが、基本的に発明と田中への不器用なアピールが生活の大部分を占めています。

山下さんは中学1年生の科学部部員で、科学部最年少の女子生徒です。外見の最大の特徴は、白髪のショートヘアで、頭頂部や横に猫耳や犬耳のようにはねた癖っ毛がある点です。四角いメガネをかけており、目はジト目気味で白くぼやけた瞳をしており、常に無表情でローテンションな印象を与えます。体型は全体的に貧相で小柄。制服は1年生を示す青いスカーフと靴を着用し、靴下にはフリルが付いていることがあります。下着は縞パンを好む傾向があり、体毛は余り生えないタイプです。運動神経は極端に低く、強い負荷がかかると立っていることすら難しくなるほどです。 性格は基本的に物静かで感情の起伏が少なく、科学部の理科室ではほとんど本を読んで過ごしています。上野の田中への恋心を誰よりも正確に理解しており、上野の不器用な告白作戦の最大の理解者・協力者として、冷静にアシストします。空気を読む能力が高く、一番年下ながら精神的には科学部で最も大人びた存在です。一方で、田中の極度の鈍感さやデリカシーのなさには非常に辛辣で、キレると「死ね」「殺す」などの激しい暴言を吐いたり、グーパンチや本の背表紙で殴るなどの暴力を振るうこともあります。上野の実験への協力を拒否することもありますが、数百円程度のお金で簡単に買収されるお金に目がない一面も持っています。 趣味は圧倒的に読書です。小説ではなく実用的で奇妙なタイトルの本を好んで読み、常に変な本を手にしています。科学部の実験作業自体にはほとんど関わらず、観察者やツッコミ役に徹することが多いです。また、図書委員会にも所属しています。