Võ Cảnh trong vai Hoàng Bách - chàng công tử hào hoa, một “badboy” ham chơi, bốc đồng và có sở thích sưu tập siêu xe, hàng hiệu... nên anh được bố gửi vào quân đội với mong muốn anh nhận ra giá trị sống và cống hiến sức trẻ cho đất nước.
Angela Phương Trinh vào vai Phong Linh, một cô giáo tình nguyện, từ bỏ cuộc sống sung túc nơi thành phố để bắt đầu hành trình thiện nguyện và thực hiện ước mơ của mình từ thuở nhỏ.
Nguyễn Hải Dương từng được khán giả yêu thích với vai trò phát thanh viên. Hải Dương sinh năm 1992, là sinh viên khoa Báo chí Truyền thông - Đại học Thủ Dầu Một. Hải Dương vào vai đồng đội chàng quân nhân Ngọc Dũng điển trai.
Huỳnh Hồng Loan là nữ diễn viên trẻ tuy mới nhưng cũng đầy tài năng. Trong phim cô vào vai một nữ y tá.
Thay vì hình ảnh thư sinh mọi người thường thấy, trong "Sứ mệnh trái tim" Dương Mạc Anh Quân – vào vai chàng đội trưởng đĩnh đạc, nghiêm khắc nhưng sống tình cảm.
Nam diễn viên Williams Belle (sinh năm 1981 ở Pháp) thủ vai Bình Trâu - tình địch của Võ Cảnh (vai Hoàng Bách), cả hai cùng đem lòng yêu mến cô giáo Phong Linh do Angela Phương Trinh thủ vai.
Nam diễn viên Phan Vũ Thế Thảo và Lê Tín.