Pompéi est né de l'envie de présenter des personnages qui luttent, qui résistent. Les réalisateurs ont d'abord mené des recherches sur les mouvements anarchistes et les résistants de la Seconde Guerre mondiale. « Au fur et à mesure de l’écriture, sans se censurer sur les thèmes qu’on pouvait aborder, et aussi parce que nous voulions raconter une histoire d’amour, nous nous sommes dirigés vers des personnages dont les actes de résistance étaient moins évidents. Nous allions mettre en scène des personnages qui se battraient davantage contre eux-mêmes que contre un système ou une élite », explique Anna Falguères.
Pompéi se déroule dans un monde en dehors de la société et de toute temporalité. Les réalisateurs ont choisi une architecture moderne mais abandonnée lors de leurs repérages. La matérialisation de cet environnement est aussi passée par le manque de tradition, comme le souligne Anna Falguères : « On voulait ainsi montrer l’absence de transmission de la part de la génération précédente, une des difficultés à laquelle sont confrontés nos personnages. Dans un monde où l’amour est en voie de disparition, afin de souligner leur volonté de résister, nous avions besoin de les faire évoluer dans un environnement abandonné, des ruines dans lesquelles ils pouvaient se plonger, creuser et chercher à comprendre ». Cette atemporalité est marquée également par l'absence de références numériques pour s'éloigner de toute forme de réalisme et créer une attente entre les personnages qui ne peuvent pas communiquer entre eux.
Pompéi se déroule dans un monde atemporel mais pourtant nourri d'une forme d'imaginaire américain. « L’idée était de créer un monde indéfinissable qui puisse tout de même paraître familier au spectateur », explique John Shank. Partie intégrante de la culture populaire, le cinéma américain était incontournable même s'il s'agissait avant tout pour les réalisateurs de montrer des lieux qu’on voit rarement dans le cinéma européen contemporain.
C'est Anna Falguères qui a trouvé le titre du film. Il s'agissait de trouver un nom que tout le monde connaît mais qui n’appartienne à personne. Pompéi renvoie aussi à quelque chose d'unique dans l'histoire de l'humanité. « Nous étions tous les deux émus, au-delà de la catastrophe naturelle, par le fait que les gens avaient, sans le savoir, laissé une trace, une empreinte, une forme de mémoire collective », précise la réalisatrice.
Pour incarner Billie, les réalisateurs ont cherché une jeune femme qui puisse incarner une forme de résistance, à la fois puissante et réservée. Garance Marillier s'est imposée d'emblée : « Son visage qui change constamment d’expression, la passion dans son regard, et cette détermination physique malgré sa petite taille, c’était tout ce que nous recherchions pour Billie », confie Anna Falguères. Quant à Victor, ils recherchaient « une âme romantique sous les traits d’un mauvais garçon ». La sensibilité d’Aliocha Schneider, son physique « de statue antique » et sa réserve ont séduit les cinéastes.
Si l'aspect visuel figurait dans le scénario, c'est le directeur de la photographie, Florian Berutti, qui a fait le choix du CinemaScope au moment de la préparation. John Shank précise : « Sans entrer dans les détails, nous avons fini par choisir un objectif anamorphoseur Lomo pour les défauts qui lui sont inhérents. Je n’avais jamais tourné en numérique auparavant. Comme j’avais toujours tourné en pellicule jusque-là, il me paraissait important d’avoir cette magie qui lui est associée. Cet objectif anamorphoseur, même si nous tournions en numérique, permettait de garder comme un lien avec la pellicule. Florian a tout de suite compris l’importance que cela revêtait pour nous ».
John Shank a réalisé son premier film, L'Hiver dernier, dans le cadre du programme de la Cinéfondation du Festival de Cannes. Pompéi est le premier long-métrage en tant que réalisatrice d'Anna Falguères et il s’agit de sa première collaboration avec John Shank. Elle a auparavant été scénariste, photographe et chef décoratrice. Elle a notamment travaillé sur les films de Mia Hansen-Løve, Catherine Corsini et Joachim Lafosse.