Il soggetto originario fu scritto da James Cameron già nel 1994, per un totale di ben 114 pagine. Già all'epoca era previsto l'uso delle più avanzate tecnologie di computer-grafica per mettere su schermo quell'avveniristico progetto, etichettato “Project 880”. Ma i costi previsti, eccessivi per i tempi, e soprattutto l'ancora pionieristica CGI incapace di dare forma concreta ai sogni di Cameron, costrinsero il regista a mettere da parte temporaneamente il progetto. Sarà solo con Il Signore degli Anelli che Cameron deciderà che i tempi sono maturi: le straordinarie performance del motion-capture utilizzate dalla Weta di Peter Jackson nella realizzazione del personaggio di Gollum saranno alla base dell'imponente lavoro di Cameron e dei suoi maghi degli effetti speciali (non a caso proprio quelli della Weta) nel garantire una completa fusione tra attori reali e attori creati al computer, con un rapporto stimato 40 a 60%. Nel casting figurano diversi attori 'in carne e ossa', in parte già conosciuti dal regista in parte nuovi: Sigourney Weaver, l'eroina della saga di “Alien”, è la mentore di Jake Sully, il protagonista del film, impersonato da Sam Worthington, già visto in Terminator Salvation; Stephen Lang, che interpreta uno dei villain, il colonnello Quaritch, fu scartato per una parte in Aliens e ripescato da Cameron appositamente per questo film. Tra i volti emergenti quello di Zoe Saldana, l'eroina di Avatar, quasi irriconoscibile nei suoi panni di aliena, ma già vista nello Star Trek di J.J. Abrams dove interpretava Uhura, e l'attrice Michelle Rodriguez che sempre Abrams ha lanciato nei panni di Ana Lucia nella serie-cult Lost. Numerosi volti nuovi sono stati invece appositamente scelti dal casting tra quasi perfetti sconosciuti con il preciso incarico di abbattere i costi degli attori: i 300 milioni di dollari (cifra approssimativa) spesi per Avatar sarebbero infatti aumentati se Cameron avesse voluto dalla sua nuovamente un Leonardo Di Caprio o una Kate Winslet, mentre l'immenso budget – il più grosso della storia del cinema – è stato assorbito inevitabilmente dal settore effetti speciali per quasi la sua interezza.La più innovativa delle tecnologie introdotte dal regista nella realizzazione di Avatar consiste probabilmente nella decisione di girare il film con una speciale macchina da presa digitale Fusion capace di ricreare, già nell'atto delle riprese sul set reale, l'ambientazione finale in cui lo spettatore sarebbe stato immerso nella visione della pellicola definitiva: l'irruzione della pura immaginazione nella realtà. Analogamente il motion-capture è diventato in tempo reale: gli attori chiamati a impersonare i Na'vi, gli alieni di Pandora, portano caschi capaci di catturare ogni minima espressione facciale per riportarla sulla versione finale del loro personaggio, ricreato in computer grafica. Ma anziché effettuare un lungo lavoro di post-produzione nel trasporre l'attore in carne e ossa nella sua versione artificiale, l'intero procedimento avviene in simultanea. In pratica la tecnologia degli “avatar” al centro della trama del film è diventata anche la tecnologia stessa usata per la sua realizzazione. Che cos'è, infatti, un avatar? Chi ha un minimo di esperienza su Internet saprà che l'avatar è l'immagine che l'utente sceglie per rappresentare se stesso in luoghi virtuali come forum e giochi di ruolo online.