20th Century FOX
A l'apparition du logo 20th Century Fox au tout début du film, les spectateurs les plus attentifs pourront noter que le X reste légèrement plus longtemps à lécran que le reste des lettres, petit clin d'oeil adressé par Bryan Singer à ses X-Men.
X-Men, la nouvelle génération
De nombreux mutants amenés à jouer des rôles d'importance dans les volets suivants de la saga apparaissent dans le premier X-Men : c'est notamment le cas des héroïnes Jubilee et Kitty Pride, ou encore de Bobby Drake alias Iceberg.
Le cameo de Spider-Man
Non, Spider-Man n'apparaît pas dans X-Men. Néanmoins, une scène bonus impliquant l'Homme araignée a été tournée en forme de blague (les acteurs n'étaient pas au courant de la mascarade), une courte séquence de 30 secondes présente dans l'édition DVD du film !
Le Roi et la Reine de la Pologne
Lors du rassemblement des Nations Unies, on notera la présence du Roi et de la Reine de la Pologne, or le pays n'est plus une monarchie depuis 1795 ! Par ailleurs, les deux souverains sont incarnés par le père et la belle-mère de Bryan Singer.
Stan Lee, caméo numéro 1
Pour son tout premier caméo dans la saga X-Men, Stan Lee peut être aperçu sur la plage à un stand de hot-dog.
Apparition du scénariste
David Hayter, le scénariste du premier X-Men, apparaît dans le rôle d'un des gardiens de la Statue de la Liberté. Egalement auteur du scrip de Watchmen, Hayter est parallèlement connu pour son travail de comédien de doublage, notamment sur la saga Metal Gear Solid.
The Once and Future King
Dans X-Men 2, Magneto peut être aperçu en pleine lecture de l'ouvrage La Quête du Roi Arthur (The Once and Future King) de l'auteur britannique T.H. White. A la fin du film, alors qu'il donne un cours à ses élèves, le professeur Charles-Xavier fait référence à ce même livre.
Toilettes recyclés
La scène au cours de laquelle Mystique piège un gardien de prison dans les toilettes de bar aura permis de réutiliser un décor construit pour le premier film, un flashback sur la jeunesse de Cyclope qui n'avait finalement jamais été tourné (la séquence sera finalement reprise dans le reboot X-Men Apocalypse).
Hank McCoy
Hank McCoy, alias le Fauve, fait une apparition lors d'un débat télévisé. Le personnage fera toutefois ses débuts officiels dans la saga avec X-Men 3 sous les traits de Kelsey Grammer.
Les Dents de la mer
Le requin dessiné sur le briquet de Pyro ne doit rien au hasard; il s'agit d'un hommage rendu par Bryan Singer à l'un de ses films favoris, Les Dents de la mer.
Maximoff x2
Parmi les noms clins d'oeil glissés dans le nom des fichiers de l'ordinateur pyraté par Mystique, on notera la présence d'un document intitulé "Maximoff (2)", en référence aux jumeaux à Wanda et Piétro Maximoff, alias Scarlett Witch et Quicksilver, qui sont dans l'univers des comics Marvel les enfants de Magneto !
Caméo de Bryan Singer
Le réalisateur Bryan Singer fait une courte apparition dans le rôle d'un des gardiens de la prison où est enfermé Magneto.
Stan Lee, le retour
Absent de X-Men 2, Stan Lee fait son grand retour dans X-Men 3 lors de la scène flashback qui explore la jeunesse de Jean Grey.