2001年，史蒂文·索德伯格的创作热情在《十一罗汉》和《正面全裸》中得到了充分体现，当时他从未接触过科幻题材，因为他对科幻片中的酷炫设备毫不感冒，而且根本无意探询若干年后的高新科技。直到有一天，一位就职于20世纪福克斯公司的友人提出了重拍科幻大师史坦尼斯劳·莱姆的经典小说《索拉里斯》的想法，索德伯格才终于考虑向科幻片领域迈出第一步。
不久后，索德伯格得知詹姆斯·卡梅隆和他在光风暴娱乐公司（Lightstorm Entertainment）的合伙人蕾·桑切尼及乔恩·兰道享有着小说的改编拍摄权。因为早在1972年，苏联名导安德列·塔科夫斯基就曾将小说搬上大银幕，后来光风暴公司耗时5年才从原著作者和莫斯科电影制片厂手中购得改编拍摄权。对卡梅隆来说，能将《索拉里斯》拍成电影是他一直以来的梦想，他看过塔科夫斯基的电影，非常赞赏影片的画面和构思。当得知索德伯格有意执导本片时，卡梅隆激动万分：“史蒂文希望拍摄这部电影简直是上天的恩赐，我深知他能将小说中的素材转化成一部回味绵长的电影。史蒂文的作品一向非常独特，就好比库布里克的作品总是与其他电影大相径庭一样，他那变化多端的拍摄手法足以演绎这部深邃、复杂的小说。”
索德伯格随即与卡梅隆、桑切尼和兰道共进晚餐，就影片达成了初步意向。卡梅隆回忆说：“这部电影加深了我们彼此之间的了解，可以说他是在‘真空’条件下完成了影片剧本，因为我们从未告诉他我们的想法，所以他在改编过程中没受到任何影响。”
在构建影片剧本时，索德伯格将小说中的素材、塔科夫斯基电影中的元素和自己的想法巧妙融合在一起。他解释说：“本片与小说原著和早期电影的最大区别是详细交代了凯尔文和他妻子的过去，那就是他们在地球上到底经历了什么。”索德伯格不想用激烈惊险的太空战役、穷凶极恶的外星人和惊心动魄的紧迫节奏将影片打造成一部典型的科幻史诗，因为在他看来，本片不是一部动作片，他希望聚焦于凯尔文与蕾亚之间的爱情，从而演绎出一段刻骨铭心的爱情故事。
制作人乔恩·兰道说：“史蒂文在这个爱情故事中融入了不同类型片的元素，电影最终要为主题服务，而本片的主题就是爱情的第二次机会。”索德伯格补充道：“预先设定影片主题至关重要，凯尔文与蕾亚的爱情曾以惨烈的结局告终，当蕾亚出现在‘普罗米修斯’空间站时，两人都在重蹈覆辙的苦恼中挣扎。随之而来的回忆、愧疚、救赎和重修旧好的机遇深深吸引着我，片中的一句台词恰如其分的概括了整部电影：‘一切没有答案，只有选择。’”
虽然影片故事发生在宇宙深处，但索德伯格不想将时间设定在遥远的未来。他说：“我们不希望观众关注影片的未来层面及其相关的科技成就，因为它们与影片故事毫不相干。”在搭建布景时，索德伯格选用了曾拍摄《十一罗汉》的摄影棚。本片艺术指导菲利普·墨西纳曾与索德伯格在《十一罗汉》、《毒品网络》和《永不妥协》中有过合作，他在本片中最壮观的杰作当属“普罗米修斯”空间站，它的设计灵感直接源于现有的国际空间站。索德伯格和墨西纳在研究中发现，窗子在空间站上凤毛麟角，“在那种环境中，空间非常宝贵，”索德伯格说，“就好比在潜艇或战舰上一样，而这种效果正是我想要的，因为如果你能经常看到外面，那么封闭感和孤独感就会大打折扣。我希望营造出压抑环境中所产生的囚禁感。”
