C'est principalement "un désir fort de personnages", pour reprendre ses propres mots, qui a poussé Mikael Buch à réaliser Simon et Théodore. Le metteur en scène explique : "J’ai commencé à comprendre que la valeur absolue dans ce que je voulais faire était le personnage. Quand des idées de scène ont surgi, j’ai aussi compris que Simon et Théodore auraient en eux une forme de fureur qui leur permettrait de porter haut les couleurs de la fiction dans le monde réel. Du film "de studio", je passais au film "de trottoir", en confrontant mes personnages au froid et à l’inhospitalité des rues."
Mikael Buch avait en tête, au moment de la conception de Simon et Théodore, les films cultes et emblématiques du Nouvel Hollywood L’Epouvantail et Macadam Cowboy. Le cinéaste confie : "Il y avait dans ces films des personnages si forts en fiction qu’on pouvait les lâcher dans le monde réel sans que ce soit naturaliste pour autant. Dans mon premier film, toute la construction esthétique venait de moi ; dans celui-ci, elle coulait de source en partant des personnages..."
Le casting de Simon et Théodore a commencé plus d’un an avant le tournage et Mikael Buch a mis beaucoup de temps à rencontrer le comédien Félix Moati. Le réalisateur était à la recherche de quelqu'un qui soit prêt à lâcher l’inquiétude permanente d’être dur et fort. "On avait envie d’un personnage qui ait une forme de sauvagerie, qui ne soit pas dans la séduction", précise-t-il.
Trouver l'interprète de Théodore s'est avéré être encore plus délicat, à tel point que Mikael Buch craignait d’avoir écrit un personnage qui ne pouvait pas s’incarner. Le réalisateur a finalement trouvé la perle rare en la personne de Nils Othenin-Girard au dernier moment, alors que le tournage allait commencer. Il se souvient :
"Aux précédents candidats, il manquait beaucoup de colère et d’insolence. Je pensais pourtant en trouver chez des garçons de treize ans, mais non, ils avaient surtout envie de me faire plaisir... Moi, je n’avais pas besoin d’un acteur docile, j’avais pensé à Simon et Théodore comme une sorte de documentaire animalier sur deux bêtes sauvages lâchées dans le réel ! Et Nils levait les yeux au ciel ou soupirait dès que je disais quelque chose qu’il trouvait idiot. Si je lui demandais de jouer d’une certaine façon, il lui arrivait de me dire : « Non, on va plutôt le faire comme ça... »."
Le jeune Nils Othenin-Girard effectue ses premiers pas au cinéma avec Simon et Théodore. Il prend actuellement des cours de théâtre au Cours Florent.
Mikael Buch avait le désir d'inscrire Simon et Théodore dans un Paris grouillant, de voir les personnages arpenter des lieux réels comme par exemple la place Clichy. Le cinéaste a donc décidé de tourner en longue focale et d'avoir une équipe assez réduite pour se fondre dans la foule. Il explique :
"Il fallait un découpage assez simple, avec peu de lumière, mais que ce peu soit très expressif. Le choix d’une image en format 1,33 est venu aussi du rapport des personnages à la ville : ils sont au milieu du monde et à la fois complètement en eux-mêmes. En 4/3, on peut faire un gros plan et isoler ses personnages du monde, et en plan large les perdre au milieu de la ville."
Mikael Buch reconnaît que les scènes de violence de Simon et Théodore étaient les plus compliquées à filmer. Pour concevoir ces dernières, il a travaillé avec des cascadeurs pour les rendre les plus crédibles possible. Le metteur en scène voulait également que le spectateur n’ait pas le même rapport à la violence du personnage tout au long du film, du poteau jusqu’à la douche. Il raconte :
"Si j’avais commencé par la douche, il y aurait eu une mise à distance très forte du personnage, personne n’aurait eu envie de s’identifier à lui. C’était intéressant de commencer par un rapport presque burlesque à la violence et d’emmener le spectateur beaucoup plus loin. Il y avait l’envie de coller tout le temps à ces personnages, et qu’ils soient capables de nous emmener autant ers des choses joyeuses et comiques que vers des choses d’une noirceur absolue. Equilibrer les scènes d’émotion et celles d’apaisement a été une préoccupation à tous les stades du film, de l’écriture au montage..."