作品を彩る豪華なキャスト陣と相棒の変遷も、本シリーズの歴史を語る上で欠かせない要素です。東京の月島中央署時代から京都府警への異動を経て、糸村を取り巻くチームのダイナミズムは進化を続けてきました。
初期の東京編では貫地谷しほりや斉藤由貴らが糸村の相棒役を務め、振り回されながらも深い信頼を築いていく過程が描かれました。そして舞台を京都に移してからは、栗山千明演じる神崎莉緒が抜群の存在感を発揮。生真面目で武道派の神崎と、飄々とした糸村との小気味よい掛け合いは、シリーズ屈指の名コンビとして定着しました。
また、京都府警「特別捜査対策室（通称・特対）」を率いる佐倉路花役の戸田恵子、冷静沈着な雨宮宏役の永井大、飄々としたベテラン・岩田信之役の梶原善など、個性豊かな実力派が脇を固めます。さらに、糸村の無理難題な鑑定依頼にぼやきつつも完璧に応える科捜研の研究員・村木繁（甲本雅裕）との絶妙なやり取りは、シリーズ一番の清涼剤としてファンに愛され続けています。
