Sam è un ragazzo di 18 la cui mente rientra nello "spettro dell'autismo", infatti anche se è abbastanza autosufficiente gli sfuggono molte sottigliezze delle relazioni umane, cosa che la sua analista lo sprona a cercare di superare. Sam ha poi una sorella molto protettiva, una madre molto apprensiva, un padre affettuoso che però ha qualche difficoltà a relazionarsi con lui e un collega e amico al negozio di elettronica dove lavora.

Il 24enne protagonista di Atypical è Keir Gilchrist, che non è nuovo a ruoli difficili, infatti si era fatto notare con il dramedy United States of Tara dove era il figlio di una madre dalla personalità multipla, inoltre ha interpretato un depresso clinico in 5 giorni fuori (anch'esso disponibile su Netflix). Il volto più famoso del cast è però quello di Jennifer Jason Leigh, la cui carriera è stata recentemente rilanciata da Hateful Eight di Quentin Tarantino. La ideatrice e showrunner Robia Rashid si è avvalsa della consulenza di una professoressa della California State University per offrire un ritratto realistico dell'autismo, inoltre alla regia del pilot ha voluto Seth Gordon, con cui aveva già collaborato su I Goldberg.