В ключевых ролях помимо Курентзиса снялись: украинская актриса Радмила Щеголева (получившая известность в "СВ-шоу" Верки Сердючки), которая сыграла жену Ландау, и легендарный театральный режиссер Анатолий Васильев, сыгравший соперника Ландау - академика Крупицу (его прототип - академик Петр Капица). Главным оператором был знаменитый Юрген Юргес, ранее работавший с Фассбиндером, Вендерсом и Ханеке. Впрочем, ближе к концу съемочного периода Юргенс покинул проект из-за проблем с финансированием.
Внутри гигантского макета Института, построенного в Харькове в 2008 году, участники съемок (400 основных ролей и 10 тысяч статистов) жили месяцами, а то и годами под пристальным наблюденим кинокамер.
Большинство участников были непрофессиональными актерами: ученые, чиновники, политики, милиционеры, буфетчицы, проститутки, маргиналы всех мастей, неонацист Максим "Тесак" Марцинкевич (сейчас он отбывает 10-летний тюремный срок) и сотрудники КГБ играли самих себя, только в предполагаемых обстоятельствах другой эпохи.
В процессе съемок Хржановский и его команда отказались от попыток снять игровое кино и занялись подробной реконструкцией деталей советской эпохи. Участники проекта ели советскую еду, чистили зубы порошком, пользовались советской мебелью, носили настоящую советскую одежду (в том числе - и белье, которое появлялось в кадре), говорят, даже суточные люди получали в советских рублях.
Все эти странные требования касались и визитеров с мировыми именами, время от времени навещавших съемочную площадку. Среди них были замечены: нобелевский лауреат, ученый Дэвид Гросс, кинорежиссер Александр Шейн, художница-перформансистка Марина Абрамович, знаменитые оперные режиссеры Питер Селлерс и Дмитрий Черняков, фотохудожник Борис Михайлов.