W czwartej serii, mającej podtytuł Miracle Day (a w Polsce Dzień cudów), główna obsada została rozszerzona do ośmiu osób Barrowman, Myles i Owen powracają w swoich rolach. Nowi dla ekipy Torchwood są agenci CIA – Rex Matheson (Mekhi Phifer) oraz Esther Drummond (Alexa Havins). Do ekipy dołącza również chirurg Vera Juarez (Arlene Tur), Oswald Danes (w tej roli Bill Pullman) oraz Lauren Ambrose jako Jilly Kitzinger. Postaci drugoplanowe to między innymi dyrektor CIA Brian Friedkin (Wayne Knight), Allen Shapiro (John de Lancie), Colin Maloney (Marc Vann), siostra Esther – Sarah Drummond (Candace Brown), oraz analityk CIA Charlotte Willis (Marina Benedict) i Olivia Colasanto (Nana Visitor). Postać Aktor Sezony1 2 3 4 Jack Harkness John Barrowman Postać główna Gwen Cooper Eve Myles Postać główna Owen Harper Burn Gorman Postać główna Toshiko Sato Naoko Mori Postać główna Ianto Jones Gareth David-Lloyd Postać główna Rhys Williams Kai Owen Postać drugoplanowa Postać główna Rex Matheson Mekhi Phifer Postać główna Esther Drummond Alexa Havins Postać główna Oswald Danes Bill Pullman Postać główna