Osmosis est adaptée de la websérie éponyme née sur la plateforme Arte Creative en 2015. Le concept d’origine et les personnages créés par Louis, William et Gabriel Chiche ont été développés par Audrey Fouché. Une équipe d’auteurs a ensuite pris le relais pour adapter l’histoire. "Dans la websérie, les personnages principaux étaient deux frères. Nous avons changé ce duo en frère/sœur.", a ainsi indiqué la productrice Aude Albano à AlloCiné. "Chacun des personnages principaux est confronté à des problématiques différentes de la websérie. Mais la question de fond reste la même : que devient l'amour quand il est décidé ?", a ajouté sa collègue Sarah Aknine.
Dès le départ, la créatrice Audrey Fouché s’est mise d’accord avec Netflix pour choisir de nouveaux visages plutôt que des acteurs établis. Ainsi, la série révèle plusieurs comédiens encore inconnus : Yuming Hey, Manoel Dupont, Luna Silva et Stéphane Pitti. Par ailleurs, Osmosis compte parmi sa distribution le youtubeur Jimmy Labeeu et l’humoriste Waly Dia.
Osmosis est la première série française de science-fiction diffusée sur la plateforme américaine Netflix. Une collaboration qui s’est avérée fructueuse, comme l’explique le réalisateur Julius Berg lors d’une interview aux Ecrans Terribles : "On a été très libres vis-à-vis de Netflix. Ils ne sont pas intervenus pendant la dernière étape de préparation et au montage. (…) Je dirais que le processus de fabrication est le même, si ce n’est que les enjeux et les attentes sont plus importants. On n’est pas dupes, on nous attend au tournant, et c’est aussi une vitrine du savoir-faire français que Netflix offre au monde."
Le tournage s’est déroulé en grande partie dans des studios à Noisy-le-Grand, en Seine-Saint-Denis, où ont été reconstruits les décors des bureaux d’Osmosis. Avec un budget d’environ un million d’euros par épisode, l’accent a été mis sur les formes organiques, le bois, la transparence. "Pour ne pas en rajouter à la noirceur de l'histoire, nous voulions quelque chose de lumineux, de solaire. (…) Les décors et les matières ont été choisis pour éviter le côté clinique de la SF.", confie la productrice Aude Albano à AlloCiné. "On voulait faire une série d’anticipation qui marque, sans tomber dans les écueils du blockbuster américain, car on n’en avait ni les moyens, ni le temps. L’idée, c’était d’être assez épuré et minimaliste. Il y a pas mal d’effets spéciaux, mais ils sont discrets et essentiellement liés aux écrans numériques, aux trucages des décors.", renchérit le réalisateur Julius Berg lors d’une interview pour Les Ecrans Terribles.
Agathe Bonitzer n’en est pas à son premier rôle. En effet, l’actrice a déjà tourné dans de nombreux longs-métrages : Le Grand alibi, La Belle personne, La papesse Jeanne, Au bout du conte… En revanche, il s’agit de sa première incursion sur le petit écran, contrairement à son partenaire Hugo Becker, déjà vu dans Chefs, Au service de la France ou encore Baron Noir.
Plutôt habituée du cinéma d’auteur, Agathe Bonitzer a plongé dans un tout nouvel univers. La comédienne s’est notamment entraînée afin d’acquérir la dextérité de son personnage, et a dû s’accoutumer aux fonds verts et autres effets spéciaux. Elle a abordé son rôle en pensant à Carrie Mathison, l'héroïne torturée de Homeland, puis en regardant Rooney Mara dans Effets Secondaires, sur les conseils du réalisateur Pierre Aknine.
Parmi la galerie de personnages d’Osmosis, un profil se détache nettement : celui de Billie, campé par Yuming Hey. A une époque où la notion de non binarité et autres questions du genre traversent la société, la série nourrit ainsi le débat avec ce personnage androgyne. "Billie est un personnage non genré mais nous tenions à ce que ce ne soit pas un sujet. La série se passe dans un futur proche, nous voulions, comme un espoir, montrer que les genres ne sont plus des sujets discriminants.", a confié l’acteur à AlloCiné.
Afin d’entrer dans la peau de son personnage, Hugo Becker s’est inspiré de milliardaires. Il a notamment regardé des discours et interviews de Mark Zuckerberg, Jeff Bezos, Steve Jobs ou encore Emmanuel Faber, respectivement PDG de Facebook, Amazon, Apple et Danone. "Rien que pour le débit vocal. (…) Je me suis aussi inspiré de leur look. Généralement, ils s’habillent de la même façon…", a expliqué le comédien à Télé 7 Jours.
Le trio électronique français Hit’n’Run signe la bande originale de la série. Ils avaient également composé celle d’Ad Vitam, autre série de science-fiction française, diffusée sur Arte en 2018.