La série tire son nom de son personnage principal, Bob l'éponge, qui vit dans un ananas sous la mer (comme on peut l'entendre dans la chanson thème qui commence chaque épisode). Bob l'éponge (dont la voix est fournie par Tom Kenny) est une éponge de mer, mais il ressemble plus à une éponge de cuisine utilisée pour nettoyer la vaisselle. Son meilleur ami est une étoile de mer nommée Patrick Star. Son voisin grincheux est une pieuvre nommée Tentacules de calmar.
Bob l'éponge et Squidward travaillent comme employés dans un restaurant appelé "Krusty Krab" dans la ville sous-marine de Bikini Bottom. Le Crabe Croustillant, tenu par un crabe gourmand nommé Mr. Crabs, est célèbre pour ses hamburgers de Crabby Patty. La recette des pâtés de crabe est top secrète. Les propriétaires d'un restaurant concurrent, le Chum Bucket, Plankton et Karen, tentent souvent de voler la recette.
- Bob l'éponge est le personnage principal et une éponge de mer qui vit dans un ananas sous la mer. Il est cuisinier dans le Crabe Croustillant. Il est très jovial et agace parfois son voisin égoïste, Squidward. Ses passe-temps favoris sont la pêche à la gelée et le soufflage de bulles.
- Patrick Star est une étoile de mer et le meilleur ami de Bob l'éponge qui vit sous un rocher. Patrick est maladroit et stupide, mais c'est un personnage qui aime s'amuser et qui mange beaucoup. Il est au chômage, mais il a déjà travaillé dans plusieurs endroits.
- Tentacules de Calamar est une pieuvre et le voisin de Bob l'Éponge. Il joue de la clarinette et n'est pas doué pour cela, même s'il le pense. Il travaille au Crabe Croustillant comme caissier. Il dit qu'il n'aime pas Bob l'éponge, mais Bob l'éponge pense qu'ils sont amis. Calamar n'est pas amical et pense qu'il est meilleur que presque tout le monde. Il est représenté par Rodger Bumpass.
- M. Crabs est un crabe qui est le propriétaire du restaurant Krusty Krab et le patron de Bob l'éponge et de Squidward. Il est père célibataire et a une fille, une baleine nommée Pearl. Lui et Pearl vivent dans une grande ancre. Il est très gourmand et aime l'argent. Il ne veut jamais dépenser beaucoup d'argent et triche parfois pour en gagner plus. Clancy Brown est son porte-parole.
- Sheldon J. Plankton est un plancton vert maléfique. C'est un génie maléfique et le rival de M. Crabs. Son but est de voler la recette secrète des pâtés de crabe. Il dirige un restaurant appelé le "Chum Bucket" avec l'aide de sa femme, Karen, qui parle par ordinateur. Le "Chum Bucket" est très impopulaire et ne reçoit jamais de clients. Il est représenté par M. Lawrence.
- Karen Plankton est un ordinateur parlant qui est l'assistante, l'acolyte et la femme de Plankton. Elle lui donne ses plans diaboliques pour voler la recette du pâté de crabe. Elle vit dans le laboratoire du "Chum Bucket" qui est appelé de l'extérieur "cuisine". Karen n'a pas de visage, mais son écran montre une ligne verte ondulée qui bouge lorsqu'elle parle. La voix de Jill Talley est celle de Karen.
- Sandy Cheeks est un écureuil de l'État du Texas. Elle vit dans une maison de verre appelée Treedome qui lui permet de respirer sous l'eau. Lorsqu'elle sort du dôme, elle porte une combinaison spatiale et un casque de verre en forme de bocal à poissons autour de la tête, rempli d'air frais. Elle est très athlétique et travaille comme scientifique. Elle est représentée par Carolyn Lawrence.
- Mme Puff est un poisson-globe qui est le professeur de Bob l'Éponge à l'école de conduite sous-marine, Mrs. Puff's Boating School. Elle est vieille, patiente et facilement effrayée. Elle porte un chapeau de marin bleu et une perruque jaune. Bob veut vraiment réussir le cours de Mme Puff, mais il échoue toujours à son examen de conduite. Elle est représentée par Mary Jo Catlett.
- Pearl Crabs est une grande baleine grise aux cheveux blonds qui est la fille de M. Crabs. Elle a seize ans et travaille au Bikini Bottom Mall. Quand elle sera grande, M. Crabs lui donnera son restaurant et son argent. Elle porte généralement une robe rose de pom-pom girl. Elle est représentée par Lori Alan.
- Gary the Snail est l'escargot de compagnie de Bob l'éponge qui vit avec lui dans leur maison d'ananas. Il miaule et agit comme un chat. Il ne peut pas parler, mais Bob l'éponge peut le comprendre. Gary se montre généralement très intelligent. Il est représenté par Tom Kenny.
