电影中,基里安·墨菲饰演“原子弹之父”罗伯特·奥本海默,艾米莉·布朗特饰演奥本海默的妻子凯瑟琳·普宁,马特·达蒙饰演“曼哈顿计划”主持者莱斯利·理查德·格罗夫斯,小罗伯特·唐尼饰演原子能委员会成员路易斯·斯特劳斯,弗洛伦丝·皮尤饰演奥本海默的情人让·塔特洛克。对于这样一部重量级影片,影片主创们倾注了大量心血,充分尊重历史真实,并在此基础上做艺术性的创造发挥。剧组搭建了陈望道在义乌的“老家”,连院子里的青苔、蜘蛛网怎么设计都考虑到了……导演侯咏表示:“电影里种种真实细节的叠加,加强了场景的氛围感、年代感,并且让演员获得真实感受,帮助演员塑造人物。年代戏,不仅是回忆,更是过往的一份情怀。”