Cameron a filmat multe secvențe sub apă, folosind tehnologie nouă dezvoltată în acest scop. Sam Worthington, Zoe Saldaña, Stephen Lang, CCH Pounder și Giovanni Ribisi se numără printre cei care își reiau rolurile din filmul original, cu Sigourney Weaver înapoi într-o altă formă. Worthington îl joacă pe Jake Sully, care și-a părăsit corpul uman pentru a se căsători cu Neytiri și i se alătură în viața de pe Pandora.
Weaver a jucat rolul unui om, Dr. Grace Augustine, în primul film, dar se întoarce ca fiica lui Jake și Neytiri, Kiri. Kate Winslet se alătură distribuției în rolul unui scufundător pe nume Ronal. Winslet a învățat să facă scufundări pentru film și, potrivit informațiilor, și-a ținut respirația timp de șapte minute.
Potrivit surselor, filmul depășește trei ore, deși durata finală nu este încă publică. Sunt planificate încă trei Avataruri, care vor avea premiera în 2024, 2026 și 2028.