Les comédiens gardent un souvenir enchanté du tournage d'Atomik Circus. Benoît Poelvoorde avoue que ce tournage a été un des plus beaux moments de sa vie : "les Poiraud sont entourés de leurs amis qui forment une vraie famille autour d'eux. On a tourné neuf semaines au Portugal et dans ce petit village du Portugal, on était hors du monde. Imaginez une famille hors du monde. Alors quand je revois ce film, c'est un peu comme un film de vacances. Je reconnais la cabane où je somnolais entre les prises...Et puis il y avait la mer...La mer apaise la nature des gens. On se sentait tous vraiment heureux."
Didier Poiraud et Thierry Poiraud avaient des idées précises des acteurs qu'ils désiraient voir jouer dans leur film : "il nous fallait une vraie star. Pour nous il n'en existait pas cinquante, il y avait Vanessa Paradis. Alors on lui a demandé de jouer dans notre film et elle a accepté. Quand on l'a su on était comme des fous! Benoît Poelvoorde on le connaissait, on avait vraiment envie de travailler avec lui, et imaginer Vanessa face à Benoît, c'était déjà bien délirant. Pour Jean-Pierre Marielle, c'est arrivé plus tard, car on avait prévu de travailler avec Jean Yanne, initialement."
Les deux réalisateurs ont choisi de tourner en premier la fin du film. Le plateau du tournage fut donc envahi par des monstres, des tornades, des tentacules, des tempêtes. Vanessa Paradis que cette ambiance de folie furieuse était particulièrement motivante pour les comédiens : "c'était une très bonne idée de commencer là. (...) C'était comme dans une situation à risque où on n'a pas le temps de réfléchir, il faut agir. Ca a donné l'ambiance tout de suite et le rythme aussi. C'était, d'après moi, la meilleure façon de commencer le film. Bien speed."
Pour la première, Vanessa Paradis exploite ses talents musicaux au cinéma. Le scénario du film et l'ambiance déjantée l'ont convaincue : "je suis très contente. C'est un très bon groupe qui a fait la musique : les Little Rabbits, ils sont aussi des amis de longue date des Poiraud. Disons que la musique c'est "du Little Rabbits réhaussé à l'épice des frères Didier Poiraud et Thierry Poiraud " et c'est génial. "
L'histoire d'Atomik Circus est inspirée d'une bande dessinée inachevée de Didier Poiraud. Science-fiction, comics et série B s'y mélangent. Thierry Poiraud raconte le passage de la BD à l'écran : " pour adapter cette BD au cinéma, on s'est d'abord penchés sur le personnage de James Bataille, on a imaginé un personnage à mi-chemin entre Joe Dalton et David Vincent (Les Envahisseurs). On avait aussi évoqué Nicolas Cage dans Arizona Junior. (...) On a créé un univers rock'n'roll et chaotique dans lequel on puisse s'exprimer artistiquement, plastiquement. A aucun moment on a bridé notre imaginaire, bien au contraire. "
Atomik Circus est le premier long-métrage de Didier Poiraud et Thierry Poiraud. Ceux-ci ont auparavant exercé leur talent créatif en réalisant de nombreux spots publicitaires.
Atomik Circus marque le retour de Vanessa Paradis au cinéma. Absente des écrans depuis La fille sur le pont de Patrice Leconte en 1999, l'actrice s'est enthousiasmée pour le film de Didier Poiraud et Thierry Poiraud : "J'aime partir sur des aventures qui me passionnent, qui me brûlent de joie, de bonheur. C'est la rencontre avec les réalisateurs qui m'a donné envie de m'engager sur cette aventure. Je me suis beaucoup amusée, d'abord à faire ce film, mais aussi quand je l'ai découvert terminé. Ce film, j'en suis fière."
Dans Atomik Circus, Jean-Pierre Marielle joue le rôle de Bosco, le père de Concia. Ce rôle devait initialement être interprété par Jean Yanne, disparu en mai 2003. Jean-Pierre Marielle a en partie accepté ce rôle en raison de sa disparition : " quand on me l'a proposé, il s'agissait de remplacer un ami, Jean Yanne , qui venait de mourir. J'étais triste d'avoir perdu un ami mais en fait j'ai été heureux d'enfiler son costume."