由克里斯多夫諾蘭自編自導的【奧本海默】，這是一部用IMAX膠卷攝影機拍攝的史詩鉅片，觀眾將看到一個謎一般的男人是如何陷入一個自相矛盾的困境，他為了拯救這個世界，必須先冒著可能毀滅它的極大風險。
【奧本海默】這部電影超豪華的演員陣容包括席尼墨菲飾演羅伯特奧本海默；金球獎得主艾蜜莉布朗飾演他身為生物學家和植物學家妻子琪蒂奧本海默；奧斯卡獎得主麥特戴蒙飾演曼哈頓計畫的負責人萊斯利格羅夫斯；以及小勞勃道尼飾演美國原子能委員會主席路易斯史特勞斯。奧斯卡獎入圍者佛蘿倫絲普伊飾演精神科醫師瓊塔特洛克；喬許哈奈特飾演美國核子科學家歐內斯特勞倫斯；凱西艾佛列克飾演鮑里斯帕什，他是舊金山要塞反情報部門的負責人；奧斯卡獎得主雷米馬利克飾演大衛希爾，一名助理實驗物理學家；以及奧斯卡獎得主，知名導演和演員肯尼斯布萊納飾演諾貝爾獎得主物理學家尼爾斯波耳。另外參與演出的演員還有班尼沙夫戴（【甘草披薩】）飾演理論物理學家愛德華泰勒；狄倫阿諾（【月光光新慌慌】電影系列）飾演法蘭克奧本海默，羅伯特奧本海默的弟弟；古斯塔夫史柯斯嘉（【AIR】）飾演曼哈頓計劃成員漢斯貝特；大衛克倫荷茲（【西部老巴的故事】）飾演諾貝爾獎得主物理學家伊西多拉比；馬修莫汀（【黑暗騎士：黎明昇起】）飾演萬尼瓦爾布希，美國科學研究與開發辦公室主任；大衛達斯馬齊連（【沙丘】）飾演威廉波登，一名提倡美國核武優勢的狂熱分子；以及奧斯卡獎入圍者湯姆康提（【黑暗騎士：黎明昇起】）飾演阿爾伯特愛因斯坦。
「席尼墨菲飾演的奧本海默絕對是整部電影的核心角色。」導演諾蘭說：「但是我也知道他需要有一群演技精湛的優秀演員支持他、挑戰他和激勵他。出現在這部電影中的角色實在是太多了，所以每一個角色都必須具有極大的獨特性和可信度。選角指導約翰帕西德拉為這部電影找來的演員陣容兼具廣度和深度，而且每一位演員都有極高的辨識度。這一點非常重要，因為觀眾在看這部電影的時候，必須能夠分辨每一個角色在某方面的重要性，以及他們在故事中做了些什麼。這些演員只要來到拍片現場拍戲，都很清楚自己的角色到底對曼哈頓計劃做出什麼樣的貢獻，他們在某場會議、某次實驗或某場辯論中有什麼樣的表現。我每天在拍片現場都能夠和這些優秀的演員合作，他們都比我更了解他們飾演的角色，所以能夠完全透過他們的角度做出最好的表演，這就是身為一位導演尋找的好演員。」
飾演奧本海默的吸引力和挑戰是忠於這位物理學家絕頂聰明的頭腦和道德上陷入的困境。「我們總是希望能夠呈現奧本海默這個人的複雜性，因為他並不是一個簡單的人物。」席尼墨菲說：「其實這部電影中的每一個人都不是簡單的人物。擁有這麼聰明的頭腦和這麼高的智識可能是一種沉重的負擔，那種絕頂天才的頭腦和我們這些凡夫俗子是完全不同的層次，然而他們也就必須面對私生活上和道德上的複雜性和各種艱難的挑戰。這就是飾演這個角色最困難的一件事：藉由這個故事刻劃奧本海默在道德上的心路歷程，因為他在跌宕起伏的一生中，必須面對許多道德上的難題，比如說他在擔任曼哈頓計劃負責人的時候，他的道德立場究竟是什麼，而在二次大戰結束的許多年後，他對於核能政策又採取了什麼樣的立場，以及他隨著時間而改變的立場又是如何和其他人產生衝突。」
為了準備演出這個角色，席尼墨菲詳讀了《美國普羅米修斯》這本傳記以及其他相關書籍，並且看了許多奧本海默發表演講和接受訪問的影片。他和導演諾蘭以及服裝設計師愛倫米蘿妮克一起塑造奧本海默獨特的造型：他嚴肅的眼神、他舉手投足的姿態、他說話的聲音、他的帽子等等。「我並不想要模仿羅伯特奧本海默。」席尼墨菲說：「而是透過史料和克里斯在劇本中對他的刻劃捕捉到奧本海默的精髓。完美地將外觀上的表演和內心世界的詮釋結合在一起是一個非常漫長的過程。」
