Pas moins de 5 membres de la famille Dampt apparaissent à l’affiche de ce long-métrage : Rose la grand-mère, Eric et Hervé les fils, Lisa et Blanche les filles d’Hervé. Ne manquent à l’appel que Emmanuel frère d'Eric et Hervé, Nadia la femme d’Eric ainsi que deux des plus jeunes enfants, Alexis et Sophia, sans oublier de mentionner Bernard le mari de Rose et doyen de la famille, aujourd'hui décédé.
Comme dans La Cage Dorée où la légende du football portugais Pedro Miguel Pauleta fait une apparition dans la nouvelle résidence de la famille Ribeiro, deux joueurs participent au film. Il s’agit d’Olivier Kapo et Cédric Hengbart, deux cadres de l’AJ Auxerre lors de la saison 2012-2013.
Qui a dit qu’il fallait forcément jouer la comédie au cinéma ? Dans Tonnerre, ils sont nombreux à incarner leur propre rôle à l’écran. Ainsi, Eric et Hervé Dampt s’occupent comme dans la vraie vie du vignoble familial. De son côté, Thierry de Fontenay officie bien comme professeur de danse, tout comme Bernard Malardier est effectivement vendeur de sapins et les footballeurs Olivier Kapo et Cédric Hengbart sont des joueurs professionnels. Patrick Ciacnoghi, lui, donne bien des cours de tennis de table en qualité de vétéran du club de l’AS Tonnerre.
Les deux hommes commencent à bien se connaître. Pour son premier long-métrage, Guillaume Brac a choisi de confier le rôle principal à Vincent Macaigne. Ce film marque même la 3ème collaboration entre eux puisque juste avant, l’acteur avait joué dans le court-métrage du cinéaste, "Le Naufragé". Dans les deux films, Macaigne incarne le même personnage.
Guillaume Brac et Vincent Macaigne ont beau être amis, cela ne les empêche pas d’être exigeants l’un vis-à-vis de l’autre dans le cadre d’un tournage : "Cela peut être assez épuisant pour lui, pour moi, pour l’équipe, mais cela nous permet d’aller au bout de chaque scène et de ne jamais céder à la facilité ou à la complaisance", indique le réalisateur. Comme quoi, jouer entre amis n’est pas forcément plus reposant.
Bien qu’il a pris des cours de chant avant le tournage, Vincent Macaigne a été doublé pour tous les passages où son personnage chante. A la place de la voix de l’acteur, on entend celle du chanteur français Rover, qui signe également la musique originale du film.
Le poème, extrait des Nuits d’Alfred de Musset, que déclame le père au début du film, est le point de départ du projet. Lorsqu’il lui avait parlé de son projet d’écrire une histoire, avec elle, traitant de la trahison amoureuse, sa coscénariste Hélène Ruault avait immédiatement évoqué cette œuvre du poète.
La ville de Tonnerre n’a pas été choisie par hasard par le réalisateur. Ce dernier a avoué avoir été inspiré par son ambiance gothique, "ses vieilles pierres, ses maisons abandonnées, ses réseaux de galeries souterraines, ses rumeurs de messes noires. Cette ville est comme restée figée dans le passé. Le climat qui y règne a été l’un des moteurs de l’écriture", explique Guillaume Brac.
Dans l'une des scènes de Tonnerre, Vincent Macaigne porte un T-Shirt à l'effigie de Supergrave, produit par Judd Apatow. Ce dernier était déjà évoqué dans un autre film récent de Macaigne, 2 automnes 3 hivers, où il était question de Funny People.