La série est basée sur l’équipe de super-héros Doom Patrol, imaginée par les scénaristes Arnold Drake et Bob Haney, sur des illustrations de Bruno Premiani. Leurs aventures ont été publiées par DC Comics à partir de 1963.
Matt Bomer prête sa voix à Negative Man, dont l’alter-ego est Larry Trainor, un pilote de l’armée contraint de cacher son amour pour un autre militaire de la base. C’est d’ailleurs cet aspect qui a convaincu l’acteur de jouer ce rôle : "Je n’avais encore jamais vu un super-héros gay. Ce que j’aime le plus, c’est que son orientation sexuelle est un conflit interne mais ne le définit pas. C’est un personnage aux multiples facettes."
Les antagonistes Robotman et Negative Man sont tous les deux masqués. Sur le plateau de tournage, ce sont respectivement Riley Shanahan et Matthew Zuk qui les ont interprétés, tandis que Brendan Fraser et Matt Bomer les ont ensuite doublés en postproduction. Les comédiens ont ainsi développés une dynamique sans précédent afin que l’ensemble paraisse authentique. "Je communiquais avec Matthew par e-mail ou téléphone. Dès que je passais à Atlanta, on passait du temps ensemble pour parler du personnage. Ce n’est pas la même chose que pour du doublage en animation. C’est une vraie collaboration. C’est un défi unique auquel je n’ai jamais été confronté auparavant.", a révélé Matt Bomer. Et Brendan Fraser de plaisanter : "Je mets le succès de notre collaboration sur le fait que Riley et moi avons été formé dans le même conservatoire à Seattle, à une vingtaine d’années d’intervalle."
Malgré son aspect robotique, le showrunner Jeremy Carver souhaitait que le costume de Cyborg reflète également l’humanité du personnage. C’est la créatrice de costumes Laura Jean Shannon, qui est notamment à l’origine de la première combinaison d’Iron Man, qui a été chargée de le concevoir. "Quand j’ai su que j’allais travailler avec elle, j’étais fou de joie ! Elle m’a consulté pour confectionner cette version. Nous avons étudié des images des bandes dessinées ensemble.", confie Joivan Wade, l’interprète de Cyborg.
A travers Crazy Jane, un personnage aux 64 personnalités, Diane Guerrero a apprécié explorer la thématique du traumatisme psychologique. L’actrice s’est notamment appuyée sur "When Rabbit Howls", l’autobiographie de l’auteur américain Truddi Chase, qui y relate son expérience après avoir reçu un diagnostic de trouble dissociatif de l’identité. "Cela m’a intéressé car je fais moi-même face à des problèmes de santé mentale et souffre de dépression.", a-t-elle révélé. Afin de s’y retrouver, Diane Guerrero a catalogué les différentes personnalités de Crazy Jane dans un journal, leur attribuant chacune une bande son spécifique.