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La série est née lorsque la 20th Century Fox a approché Hart Hanson en 2004 pour créer une émission sur la médecine légale, après que le producteur Barry Josephson eut acquis les droits pour faire un documentaire sur l'anthropologue légiste Kathy Reichs.

Hart Hanson était au départ réticent à l'idée de créer une série procédurale policière, mais a fini par accepter après une réunion intensive avec Barry Josephson et a écrit lui-même l'épisode pilote.

Le personnage principal Temperance Brennan porte le nom de l'héroïne des romans de Kathy Reichs ; celle-ci considère la série télévisée comme une sorte de préquelle à ses livres, la Brennan de la série étant une version plus jeune de celle des romans.

David Boreanaz a été le premier acteur choisi pour la série ; il a d'abord été peu enthousiaste à l'idée de jouer Seeley Booth après une réunion difficile avec les producteurs, mais a fini par accepter après avoir été recontacté.

Emily Deschanel a été recommandée pour auditionner pour le rôle de Temperance Brennan par Jerry Bruckheimer, producteur du film Glory Road dans lequel elle venait de jouer ; elle a impressionné Hart Hanson en ne reculant pas face à David Boreanaz lors d'une scène tendue de l'audition, alors que 90% des actrices auraient reculé selon lui.

Bien que l'action se déroule à Washington D.C., la majeure partie de la série est tournée à Los Angeles ; les extérieurs de l'institut Jeffersonian sont ceux du Natural History Museum de Los Angeles et du Wallis Annenberg Building de l'université de Californie du Sud, tandis que les intérieurs ont été construits sur un plateau des studios 20th Century Fox à Century City.

Le double épisode d'ouverture de la quatrième saison a été tourné en extérieur à Londres et à Oxford, en Angleterre.

Un épisode de la deuxième saison intitulé « Player Under Pressure », dont l'intrigue portait sur la découverte des restes humains d'un athlète universitaire, a été retiré de la diffusion par Fox après la fusillade de Virginia Tech, avant d'être finalement diffusé lors de la troisième saison.