L'envie de réaliser son premier long-métrage est venue à Morgan Matthews après avoir travaillé sur une trilogie de films documentaires, et en particulier "Beautiful Young Minds". Ces films traitent de compétitions scolaires un peu particulières, comme les Olympiades Internationales de Mathématiques. Cette expérience l'a profondément marqué : "J’ai rencontré des personnes merveilleuses et j’ai toujours eu le sentiment que ce monde fascinant pourrait faire l’objet d’un film."
Une grande partie du film a été tournée à Sheffield et dans l'université de Cambridge, en Angleterre, mais également à Taipei.
L'intrigue du Monde de Nathan s'étend sur une dizaine d'années et se découpe en deux périodes distinctes. Une des raisons pour lesquelles le réalisateur a choisi de ne pas traiter son sujet avec un documentaire est justement parce qu'avec la fiction, les limites sont moindres et il est possible de couvrir quasiment tous les aspects de la vie d'une personne.
Pour écrire le scénario, Morgan Matthews a fait appel au dramaturge James Graham. Bien que celui-ci ne connaisse rien à l’univers des compétitions scolaires, il s’est totalement immergé dans cet univers en accompagnant le chef de la délégation britannique lors d’une Olympiade de mathématiques à Hambourg.
Pour interpréter le rôle de Nathan, Morgan Matthews cherchait un jeune acteur capable d’exprimer beaucoup de choses sans forcément parler. Il était essentiel que sa performance engendre de l’empathie à son égard. Il a donc rencontré Asa Butterfield plusieurs fois avant de l’engager et lui a même présenté le héros de son précédent documentaire (pour lequel il a reçu un BAFTA). L’acteur s’est également rendu dans des écoles spécialisées pour discuter avec des personnes souffrant du syndrome d’asperger : "Tout au long du film, Nathan n’exprime pas ses sentiments. Une partie de son parcours personnel consiste à trouver le moyen de libérer les émotions qu’il a en lui", révèle le réalisateur.
Parmi toutes les matières proposées en compétition, Morgan Matthews déclare ne pas avoir choisi le monde des mathématiques au hasard. Selon lui, c'est un univers rationnel qui sert de refuge au personnage de Nathan en proie aux troubles. C'est une manière de fuir des sentiments issus d'une expérience traumatique.
Pour décrire l'approche de Morgan Matthews, la productrice Laura Hastings-Smith confirme que l’authenticité était le mot d'ordre : "Puisqu’il vient du documentaire, il voulait que tout ait l’air naturel et authentique. C’était valable pour tous les postes : les décors, les costumes, la coiffure, le maquillage mais aussi la lumière."
Dans une optique minimaliste, Morgan Matthews voulait que son équipe soit la plus réduite possible et il savait que le directeur de la photographie Daniel Cohen ne verrait aucun inconvénient à travailler de la sorte. Il a décidé de collaborer avec ce dernier pour sa capacité à combiner réalisme et beauté esthétique : "Nous étions plutôt ambitieux. Nous voulions tourner beaucoup en peu de temps", explique Morgan Matthews, en poursuivant : "Donc je ne voulais pas trop de matériel. Je voulais pouvoir me déplacer librement, mais également que le film soit beau. Car c’est un film sur la beauté - sur un garçon qui voit dans le monde autour de lui une beauté que les autres ne voient pas."
Le film a été présenté en avant-première au festival international de Toronto, le 5 septembre 2014.
Morgan Matthews a souhaité conserver une liberté créatrice sur le plateau, encourageant ses acteurs à improviser : "Nous avions un excellent scénario, mais si quelque chose ne nous semblait pas sonner juste, nous le changions. Je crois que Rafe a placé la barre très haut car il a un réel talent pour l’improvisation. Il est très drôle et dans la vie et quand il joue. Il m’arrivait d’éclater de rire derrière la caméra !"
L'autisme est un sujet peu traité au cinéma. Des films comme Sam je suis Sam, Adam, My name is Khan ou Ben X l'ont l'abordé. Si un film est parvenu à marquer les mémoires, c'est sans conteste Rain Man, récompensé par plusieurs Oscars (dont celui du meilleur acteur pour Dustin Hoffman).