Rei Ayanami to introwertyczna dziewczyna wybrana na pilota gigantycznego mecha o nazwie Evangelion Unit 00, który jest używany do walki z wielkimi potworami zwanymi „Aniołami”. Rei jest enigmatyczną postacią, której nietypowe zachowanie, a także jej „nietypowy” wygląd zadziwiają rówieśników. Jednak po kilku latach przybrała sporo na wadze. Rei to małomówna dziewczyna, która ogranicza kontakty do minimum i mechanicznie wykonuje każde wydane jej polecenie, nawet szczególnie okrutne. Jest introwertyczna, społecznie zdystansowana i lakoniczna. Rei wydaje się wycofana społecznie, pozbawiona emocji i rzadko z kimkolwiek wchodzi w interakcje, z wyjątkiem Gendo Ikari, naczelnego dowódcy NERV, wobec którego początkowo okazuje lojalność, ale z którym łączy ją na ogół zdystansowana relacja. Rei wykazuje również zainteresowanie psychologią i genetyką. Potrafi też czytać po niemiecku. Podchodzi do problemów systematycznie i mówi jak robot, albo po prostu kiwa głową. Jej wyraz twarzy jest subtelny, a rzadko mówi więcej, niż to konieczne.