Avec Infidèle, Olivier Martinez oriente sa carrière d'acteur vers l'international. Ce tournant dans sa filmographie se confirme avec Avant la nuit, une biographie filmée de Reinaldo Arenas réalisée par Julian Schnabel, et Semana Santa, un thriller espagnol de Pepe Danquart dans lequel il côtoie Mira Sorvino.
La chef costumière Ellen Mirojnick a défini pour les personnages du film un habillement naturel et réaliste. Ceux-ci ne devaient jamais paraître "habillés".
Le personnage de Paul reflète les origines parisiennes d'Olivier Martinez. Celui-ci a apporté sa contribution en matière vestimentaire et a fait quantité de suggestions basées sur ses propres goûts, ainsi que sur les tendances actuelles de la mode parisienne.
Diane Lane incarne ici une épouse infidèle, rôle qu'elle a déjà tenu en 1999 dans Le Choix d'une vie de Tony Goldwyn. C'est également la deuxième fois qu'elle a pour partenaire Richard Gere. Tous deux avaient joué ensemble dans Cotton club de Francis Ford Coppola.
Infidèle est le deuxième remake que signe Adrian Lyne. Ce dernier s'était déjà illustré dans ce registre en 1997 avec Lolita, adaptation cinématographique du roman de Nabokov et par la même occasion nouvelle version du classique de Stanley Kubrick. Richard Gere, pour sa part, joue ici dans son deuxième remake américain de film français, le premier étant Sommersby (1994) de Jon Amiel, qui revisite Le Retour de Martin Guerre de Daniel Vigne.
Adrian Lyne signe ici le remake de La Femme infidèle, un film réalisé à l'origine par Claude Chabrol en 1969. Dans cette version, Maurice Ronet jouait le rôle de l'amant, Stéphane Audran celui de l'épouse infidèle et Michel Bouquet celui du mari trompé.
Depuis le début des années 90, de nombreux remakes américains de films français ont été réalisés, citons notamment Intersection (1994) de Mark Rydell, qui revisite Les Choses de la vie de Claude Sautet, True Lies (id.) de James Cameron, nouvelle version de La Totale de Claude Zidi, Diabolique (1996) de Jeremiah Chechik, remake de Les Diaboliques de Henri-Georges Clouzot ou encore Suspicion (2000) de Stephen Hopkins, qui s'inspire très largement de Garde à vue de Claude Miller
Le rôle de Paul présentait de multiples défis pour Olivier Martinez : la langue et les scènes de sexe. C'est la première fois qu'il en tournait de manière si explicite, ce qui va à l'encontre de sa nature timide. Ce dernier déclare : "Adrian et Diane étaient, fort heureusement, très relax, et m'ont aidé à me décontracter, à rendre Paul plus sympathique."
Pour Diane Lane, le défi des scènes d'amour n'était pas tant la nudité que la mise à nu psychologique des personnages. Celle-ci explique : "Le vrai défi, c'était de communiquer les émotions dont ces scènes sont porteuses, d'exprimer la vulnérabilité et les scrupules de Connie. C'est là que commençait le vrai travail."
Le rôle du "très ordinaire" Edward Sumner marque pour Richard Gere un changement de registre significatif. Adrian Lyne voulait qu'il incarne "un mec comme les autres", loin des personnages de battant qu'il avait l'habitude d'interpréter.
Le réalisateur explique : "Nous avons précisément essayé d'aller à l'encontre de tout ce qu'on attendait naguère de Richard (...) C'est une véritable révélation de le découvrir sous cet aspect. En fait, c'est Olivier Martinez qui joue ici le personnage le plus proche de ce qu'était jadis Richard."
Le réalisateur Adrian Lyne, grand spécialiste des histoires d'amour tourmentées et conflictuelles, décrit Infidèle comme "un thriller érotique sur les signes physiques de la culpabilité".
Adrian Lyne, qui apprécie de tourner en décors naturels, ne dérogea pas à ses habitudes. Ainsi, la maison des Sumner est une ancienne ferme du 19e siècle, située sur un terrain de quatre arpents à White Plains, et l'appartement de Paul, un loft de Soho.
Ces décors soulignent le contraste entre le monde parfaitement ordonné d'Edward et celui de Paul, où règne le plus grand fouillis. Pour le chef décorateur Brian Morris, "La maison d'Edward est "achevée", reflétant en cela le besoin de sécurité de celui-ci. En la voyant, on comprend la nervosité qui s'empare de Connie lorsqu'elle découvre le loft plaisamment chaotique de Paul, avec son parfum d'aventure et de mystère. Ce n'est pas seulement Paul qui séduit Connie, mais aussi l'espace qu'il s'est créé et l'ambiance dont il s'entoure."
Concernant le personnage de Paul, le choix d'Adrian Lyne s'est porté sur l'acteur Olivier Martinez, car son côté latin apporte aux yeux des Anglo-saxons une touche originale. Pour le réalisateur, cette latinité "rend fascinantes les choses les plus ordinaires de la vie : chaque geste, chaque parole en acquiert un relief particulier, et l'on comprend que Connie, alias Diane Lane, soit immédiatement séduite."