아야나미 레이는 내성적인 소녀로, '사도'라 불리는 거대 괴수와 싸우기 위해 사용되는 거대 메카 '에반게리온 제로호기'의 파일럿으로 선택되었다. 레이는 기이한 행동과 '기이한' 외모로 동료들을 놀라게 하는 수수께끼 같은 인물이다. 그러나 몇 년이 지나면서 그녀는 꽤 많은 살이 쪘다. 레이는 말수가 적은 소녀로, 인간관계를 최대한 제한하고, 심지어 잔혹한 명령이라도 기계적으로 수행한다. 그녀는 내성적이고 사회적으로 단절되어 있으며 과묵하다. 레이는 사회적으로 은둔적이고 감정이 없어 보이며, NERV의 최고 사령관인 이카리 겐도 외에는 누구와도 거의 교류하지 않는다. 그녀는 처음에는 겐도에게 충성을 보이지만, 일반적으로 그와 거리를 두는 관계를 유지한다. 레이는 또한 심리학과 유전학에 관심이 있는 것으로 나타난다. 그녀는 독일어로 독서도 할 수 있다. 그녀는 문제에 체계적으로 접근하며, 로봇처럼 말하거나 그저 고개를 끄덕일 뿐이다. 그녀의 표정은 미묘하며, 필요한 것 이상으로 말하는 일은 거의 없다.