Avant que le tournage ne débute, Claire Devers a d'abord recherché le cargo où se situerait l'histoire. Filmer dans un tel bateau n'était pas anodin, car il s'agit d'un "lieu de vie" rarement montré au cinéma. Souhaitant faire du cargo un personnage à part entière, la réalisatrice et le chef décorateur Carlos Conti voulaient s'interdire de tourner en studio et en décors naturels.
Les Marins perdus est adapté du roman homonyme de Jean-Claude Izzo. A la lecture de l'ouvrage, la réalisatrice se souvient de sa réaction : "Tout de suite, le déclic a eu lieu. Pour moi, ce monde des marins était une métaphore d'un monde d'hommes enfermés dans les fratries, qui se protègent pour ne pas retenter un enjeux amoureux vers une femme, dans une histoire personnelle, singulière et individuelle."
Jean-Claude Izzo, décédé en 2000, a vu d'autres de ses ouvrages portés à l'écran, dont Total Khéops avec Richard Bohringer dans le rôle du commissaire Fabio Montale.
Avec Les Marins perdus, Claire Devers met à nouveau en scène des hommes ayant noué de forts liens d'amitié entre eux. Cette thématique, on la retrouve dans deux précédents longs métrages de la cinéaste : Noir et blanc (1986), qui traite d'une relation sado-masochiste entre un jeune homme blanc et son masseur noir, et Max et Jérémie (1992), l'histoire d'une complicité entre deux tueurs. La réalisatrice s'explique : "Quand je décide d'écrire l'histoire d'un film, j'ai besoin d'avoir un peu de distance, d'aller vers quelque chose, de m'en rapprocher pour mieux ensuite le transmettre à un spectateur qui lui-même ira vers cette histoire-là. C'est donc peut-être plus facile pour moi de parler des hommes, car ils sont forcément loin de moi".
Claire Devers avait déjà dirigé Marie Trintignant dans la série télévisée Sueurs froides en 1988. La cinéaste se souvient de leur première rencontre : "A l'époque, elle était toute jeune, belle, émouvante, un peu traqueuse aussi, peut-être indécise du moins dubitative sur son envie d'être actrice." Fascinée par la complexité des rôles qu'elle interprétait au cinéma, la réalisatrice a vu dans le personnage de Mariette l'opportunité de retravailler avec Marie Trintignant.