Waves est né dans l'esprit de Trey Edward Shults bien avant Krisha et It Comes At Night, ses deux premiers films : "J’étais beaucoup plus jeune quand j’ai commencé à réfléchir à ce film. J’avais alors des images de Génération rebelle qui me venaient à l’esprit, puis ça s’est transformé et j’ai eu l’idée de l’histoire de cet adolescent qui sombre dans une terrible tragédie, et finalement celle de sa sœur qui traverse sa première véritable histoire d’amour".
Waves est un film séparé en deux parties qui sont liées par un passage commun. Le réalisateur s'est inspiré de Chungking Express de Wong Kar Wai. Sterling K. Brown raconte : "Il y a deux énergies très différentes dans le film. Celle du début, très frénétique et électrique, s’oppose à celle plus languide et intérieure de la deuxième partie".
Pour construire son rôle, Kelvin Harrison Jr. s'est inspiré de sa propre relation avec son père. Le réalisateur explique : "son père est un véritable exemple pour lui, dans la mesure où il est peut-être l’homme le plus dur à la tâche qu’il ait jamais rencontré. Quand on idéalise quelqu’un à ce point, il est très difficile d’éprouver de la compassion pour soi-même et de penser qu’on peut arriver à la cheville de cette personne".
Trey Edward Shults avait déjà dirigé Kelvin Harrison Jr. dans It Comes At Night et voulait retravailler avec lui en lui donnant cette fois un rôle plus important. Il lui a envoyé les premières esquisses de Waves dès qu'il les avait finies. Ils ont construit le personnage ensemble en échangeant des anecdotes personnelles. Au final, le personnage de Ronald Williams est une sorte d’hybride entre leurs pères respectifs.
Afin que leur couple soit crédible à l'écran, Kelvin Harrison Jr et Alexa Demie ont passé du temps ensemble, se sont raconté leurs vies, leurs secrets et ont pris en ligne un cours commun sur lequel ils étaient obligés de travailler ensemble.
Occupé par le tournage de la série This Is Us, Sterling K. Brown prenait l’avion tous les vendredis soir pour passer ses week-ends en Floride pour tourner Waves : "c’était un emploi du temps infernal : 3 week-ends d’affilée, dont un où douze scènes étaient prévues avant de passer aux scènes intimistes [...]".
L'auteur-compositeur et interprète américain a particulièrement influencé le film, que ce soit dans les chansons qu'écoutent les personnages, le look de Tyler qui se teint les cheveux en blond ou encore la structure du film en deux actes qui rejette la construction classique en trois parties, à l'instar des chansons de Frank Ocean. Le réalisateur explique : "C’est un de mes artistes préférés, et alors que je travaillais sur mon dernier film, les albums Blonde et Endless sont sortis et je travaillais en les écoutant en boucle. Blonde est peut-être mon album préféré, et je trouve que son travail est incroyable. Il fait preuve d’une maîtrise technique incroyable et beaucoup de choses sont pourtant artisanales et surtout très personnelles ce qui crée un équilibre impressionnant dans son travail".
À la réception du script, les comédiens ont eu la surprise de trouver des liens hypertextes vers des morceaux musicaux qui informent sur l'ambiance de chaque scène. Quant à la bande originale, elle est composée par Trent Reznor et Atticus Ross, dont le réalisateur est un grand fan et à qui il a envoyé certaines scènes du film et quatre heures de rushes non montés. Le duo a synthétisé des sons typiques de la vie quotidienne des deux adolescents pour mettre au point une bande-son qui ne prendrait pas le dessus. Ils ont également enregistré et filtré les voix des personnages, "ce qui donne l’impression qu’ils se parlent sans arrêt, mais ne réussissent pas à comprendre ce que racontent ces voix inaudibles. Nous en avons tiré des morceaux de plus de 10 minutes, faits de voix transformées et de prises de son directes arrangées que nous avons accélérés, ralenties déformées pour en faire autre chose".