Ce film marque la septième collaboration cinématographique du couple Vincent Cassel / Monica Bellucci, après Embrasse-moi Pasqualino (1995), Méditerranées (id.), L'Appartement (1996), Dobermann (1997), Le Pacte des loups (2001) et Irréversible (2002).
Pour la préparation du projet, Frédéric Schoendoerffer s'est énormément documenté sur le métier d'agent secret en procédant à un tri méthodique des informations recueillies à ce sujet. Il a également rencontré des "personnes informées" qui lui ont apporté un éclairage vivant et concret sur cette organisation. Au fil de l'écriture, certains professionnels ont aidé la production à clarifier quelques détails et à éliminer certaines invraisemblances.
Les deux acteurs principaux ont suivi un entraînement physique intensif avant le tournage. En particulier Vincent Cassel qui a approfondi ses connaissances en arts martiaux. Au programme également : natation, cascades et saut en parachute.
Les scènes d'action ont été chorégraphiées et orchestrées par Alain Figlarz, spécialiste des combats sur Le Pacte des loups. Vincent Cassel se souvient : "Avec Alain Figlarz, nous avons travaillé une technique plus efficace, plus sobre inspirée de celle pratiquée par les services secrets israéliens".
Le comédien français a également tenu à exécuter lui-même le saut en parachute de Brisseau malgré le refus des assurances.
Frédéric Schoendoerffer a de nouveau fait appel aux deux comédiens vedettes de son précédent film Scènes de crimes : André Dussollier et Charles Berling.
Ludovic Schoendoerffer, le frère de Frédéric Schoendoerffer, a participé à l'écriture du scénario et interprète dans le film le personnage de Loïc, l'un des deux nageurs de combat.
Commencé fin février 2003, le tournage de 65 jours s'est étalé sur quatre mois et s'est déroulé dans plusieurs pays : la France, puis la Suisse, le Maroc et l'Espagne. Pour la première fois, des scènes ont été filmées pendant une semaine à Saint-Mandrier, dans l'Ecole de formation des nageurs de combat. L'équipe a d'ailleurs obtenu l'accord d'utiliser le matériel des nageurs de combat, l'oxyger qui permet de plonger à l'oxygène pur, sans faire de bulles.