Grand admirateur d'Alfred Hitchcock, Brian De Palma s'inspire ici du scénario de Sueurs froides (1958) : l'obsession de la femme aimée, qui amène à la croire revenue d'entre les morts. Le titre provisoire de Sueurs froides était d'ailleurs, à l'origine, From among the dead, soit littéralement "d'entre les morts").
La filiation par rapport au film d'Hitchcock est également visible dans le choix du compositeur : Brian de Palma refait ici appel, après Soeurs de sang (1973), à Bernard Herrmann, compositeur attitré d'Hitchcock, ayant notamment travaillé sur Sueurs froides... Son travail sur Obsession lui valut d'ailleurs une nomination aux Oscars.
Rachel Ticotin, qui fut ensuite actrice et joua notamment dans Total Recall (Paul Verhoeven, 1990) et Tueurs nés (Oliver Stone, 1994), effectue dans Obsession ses premiers pas dans le monde du cinéma : elle est ici assistante de production, une fonction qu'elle remplit également sur Pulsions (Brian De Palma, 1980) et Raging Bull (Martin Scorsese, 1980).
A l’origine, Obsession se nommait "Déjà vu" comme le souhaitait Paul Schrader, le scénariste de Taxi Driver et Raging Bull. Mais Brian De Palma décida de changer le titre pour éviter d’être associé à un film français, et pour assurer une meilleure compréhension des spectateurs.
Brian De Palma désirait tourner plusieurs scènes d’Obsession à l’intérieur de l’église San Miniato al Monte à Florence. Mais il n’a jamais obtenu les autorisations nécessaires car un film pornographique venait d’être tourné dans une église de Florence.