Le réalisateur Greg Mottola a commencé sa carrière par le film indépendant En route vers Manhattan en 1996 puis divers épisodes des séries Les Années campus, Arrested Development et Mon comeback. Il revient à la réalisation pour SuperGrave en 2007, qui réunissait Jonah Hill et Michael Cera. Toujours côté jeune génération de Hollywood, il travaille avec Jesse Eisenberg dans la comédie Adventureland : un job d'été à éviter (2009). Paul est son quatrième long métrage.
Nick Frost et Simon Pegg, les scénaristes de Paul ne s'étaient plus retrouvés ensemble à l'écran depuis Hot Fuzz en 2007. Il s'agit de leur cinquième réunion à l'affiche d'un long-métrage, en comptant leur prochaine incursion en Dupond et Dupont dans le Tintin de Steven Spielberg.
C'est pendant le tournage pluvieux de Shaun of the Dead, le premier film co-écrit par Simon Pegg que l'idée d'un film qui se passerait dans le désert traverse l'esprit de l'acteur. Le midi même, il dessine un alien et déclare : "Voilà notre prochain film : un road movie avec un extraterrestre". C'est après Hot Fuzz (2007) que le projet reprendra vraiment, avec l'aide de la productrice Nira Park. C'est elle qui "commande" la première scène du "road movie science-fiction" à Pegg, qui lui écrit en dix minutes la scène d'ouverture de Paul.
Les deux scénaristes ont arpenté les routes de l'ouest américain en camping-car, et l'expérience leur a fourni de la matière pour écrire le film. Simon Pegg en témoigne : "Nous avons véritablement atterri dans un restau qui s'appelle Little'A'Le'Inn. Les types qui s'y trouvaient étaient peut-être légèrement moins menaçants que dans le film, mais ils ont quand même réussi à nous foutre la trouille. Et l'oiseau qui s'écrase sur le pare-brise, c'est du vécu !"
Pegg et Frost ont regardé une cinquantaine de films d'aliens et de road movie. "Puis on s'est assis l'un en face de l'autre et on s'y est mis, une ligne après l'autre", se souvient Nick Frost. "Simon est parti tourner Un Anglais à New York pendant que je pondais un scénario de 180 pages. A son retour, on a pris ce mammuth et on l'a complètement déconstruit."
Simon Pegg reconnait que le style de son duo avec Nick Frost a évolué avec Paul : "(...) La dynamique de nos personnages a légèrement changé par rapport aux films précédents. Dans les films co-écrits avec Wright, je jouais le personnage principal et Nick jouait mon faire-valoir. Ici, nous sommes au même niveau. Le personnage de Nick domine même légèrement au début, alors que le mien fait un peu tapisserie".
"Shaun of the Dead était un hommage aux films de zombies, Hot Fuzz aux films d'action, et Paul est un hommage aux films de science-fiction des années 70. Le script éveillait en moi une grande résonance nostalgique, il était écrit du point de vue de deux fans du genre".
Le casting de Paul est la réunion des communautés comiques américaines et anglaises. Pour le personnage de Paul, le réalisateur a proposé Seth Rogen, qui a fait évoluer l'extraterrestre. Nick Frost raconte : "Au départ, Paul était bien plus âgé et grognon. Une espèce de vieux grincheux". Pegg rappelle : "Paul était bien plus insouciant et bien moins désagréable que nous l'avions conçu au départ. Dès que nous avons commencé à envisager Seth, Paul a évolué pour devenir une sorte de gnome à la Ferris Bueller, qui influence la vie de tous ceux qu'il croise. Seth lui a apporté beaucoup de jeunesse et d'énergie, sa voix graveleuse et son incroyable talent comique".
Animer un personnage en images de synthèse n'est pas chose aisée, comme l'a constaté le réalisateur : "Il faut décider de chaque battement de cil, de chaque sourire, choisir si on fait bouger sa pomme d'Adam ou pas... C'est à des années-lumière des séquences d'animation image par image que je m'amusais à faire avec ma caméra Super 8 quand j'avais huit ans", plaisante-t-il.
Concernant l'animation de l'extraterrestre, la productrice Nina Park explique : "Au début, Paul faisait d'amples mouvements, il était plus bruyant et excentrique. Mais Greg n'avait de cesse de ramener le personnage vers une interprétation plus naturaliste. Nous avons compris qu'il fallait filmer Seth pendant les répétitions et laisser les animateurs travailler à partir de ses mouvements à lui".
C'est Christophe Zajac-Denek qui exécutait les cascades en lieu et place de Paul, et c'est Tanner Prescott, le fils de six ans du coordinateur des cascades Darrin Prescott, qui a réalisé la cascade où Paul saute au cou de Zoil, joué par Jason Bateman.
Que ce soit par la tétralogie Alien ou sa récente prestation dans Avatar, Sigourney Weaver a toujours été représentative des films de science-fiction. L'actrice déclare : "J'ai continué dans la même veine que mon rôle dans Galaxy Quest, dans la série "éloge des geeks".
C'est Seth Rogen qui prête sa voix à l'extraterrestre Paul dans la version originale. Pour la version française, c'est Philippe Manoeuvre, le journaliste spécialisé dans le rock, qui double l'alien.
L'acteur Joe Lo Truglio jouait deux rôles à la fois sur le plateau : le sien (celui de l'agent O'Reilly), et, en se mettant à genoux, celui de Paul. Il donnait la réplique aux comédiens à la place pendant le tournage.
Pour reproduire le Comic-Con, le Salon international de la bande-dessinée et de l'avant-garde artistique américaine, l'équipe du film a réquisitionné 10 000 mètres carrés du palais des congrès d'Albuquerque. Des participants du véritable évènement ont été engagés pour assurer les figurants.
Au Comic Con 2010 de San Diego, Seth Rogen a reconnu avoir demandé conseil à Andy Serkis (qui avait employé ce système pour la trilogie du Seigneur des anneaux), en ce qui concerne l'utilisation de son costume de "motion capture".
Le personnage de Simon Pegg porte un t-shirt de Star Wars : Episode V - L'Empire contre-attaque dans le film.
Par ailleurs, au début de Paul, un chien lève la tête, en référence à un dialogue de Shaun of the Dead au cours duquel les personnages de Nick Frost et de Simon Pegg se disputent pour savoir si oui ou non un chien peut regarder en l'air.
On entend plusieurs musiques extraites de la série Star Trek (All over the world) et de Star Wars : Episode IV (le morceau "Cantina Band").
L'agent Zoil appelle Paul "Demi-Lune", le nom du personnage joué par Jonathan Ke Quan dans Indiana Jones et le Temple maudit.
Le site géologique des Vasquez Rocks est visité par les héros, un lieu devenu culte pour les amateurs de la série originale Star Trek. Les acteurs n'étaient pas sur place, et ont été ajoutés au lieu à la manière d'une photo composite.
Lorsque les deux amis reproduisent un combat dans le désert avec un masque, c'est un masque de Gorn, une créature de Star Trek, et la scène reproduit une séquence célèbre de l'épisode Arena. D'ailleurs, la musique de cet extrait est issue de l'épisode.