Thunderball era originariamente pianificato come il primo film di James Bond, ma una disputa legale scoppiò nel 1961 quando i collaboratori di Fleming Kevin McClory e Jack Whittingham lo citarono in giudizio, asserendo che il romanzo era basato su una sceneggiatura che i tre avevano scritto insieme.

La causa fu risolta in via extragiudiziale, con McClory che mantenne determinati diritti cinematografici della trama e dei personaggi del romanzo, il che portò i produttori Broccoli e Saltzman, temendo un film rivale di McClory, a concedere a McClory il credito di unico produttore mentre loro fungevano da produttori esecutivi.

Julie Christie era la scelta originaria di Broccoli per Domino, ma rimase deluso dopo averla incontrata di persona; anche Raquel Welch e Faye Dunaway furono considerate prima che l'ex Miss Francia Claudine Auger fosse scelta e il suo personaggio riscritto per essere francese.

Il dialogo di Claudine Auger fu infine doppiato da Nikki van der Zyl, che aveva doppiato diverse precedenti Bond girl; un'altra candidata per Domino, Luciana Paluzzi, finì invece per essere scelta nel ruolo dell'assassina Fiona Volpe, il cui nome fu cambiato da Fiona Kelly per riflettere la nazionalità italiana di Paluzzi.

Il regista Guy Hamilton rifiutò il film, sentendosi creativamente esausto dopo Goldfinger, quindi Terence Young tornò per il suo terzo e ultimo film di Bond come regista.

Sean Connery, cauto dopo aver letto la scena della vasca degli squali nella sceneggiatura, insistette per avere una partizione in plexiglas all'interno della piscina di Largo; quando uno squalo la sfondò durante le riprese, Connery fuggì dalla piscina in pochi secondi, evitando per poco un attacco.

Lo scenografo Ken Adam noleggiò una villa alle Bahamas con una piscina di acqua salata riempita di squali veri per le riprese subacquee, e ricordò in seguito che l'odore era orribile.

Una squadra di effetti speciali fornì quello che si credeva essere uno squalo morto da trainare intorno alla piscina, ma lo squalo si riprese a metà delle riprese; lo stuntman Bill Cummings pretese una tariffa aggiuntiva di £250 per essere gettato nella vasca degli squali come controfigura del personaggio Quist.

Lo zaino a reazione Bell Rocket Belt utilizzato da Bond per fuggire dallo château nella sequenza di apertura era un dispositivo reale e funzionante sviluppato da Bell Aircraft Corporation, precedentemente esposto al Super Bowl I e alla New York World's Fair del 1964-1965.

Lo yacht di Largo, il Disco Volante, era un vero vascello costruito combinando un aliscafo acquistato a Porto Rico per $10.000 con uno scafo catamarano, uniti da un bullone di scorrimento da un pollice in modo che potesse dividersi su cue.

Durante l'esplosione finale dello yacht, il supervisore degli effetti speciali John Stears cosparse la barca di carburante missilistico sperimentale senza rendersi pienamente conto della sua potenza; l'esplosione risultante avrebbe presumibilmente fatto esplodere le finestre a Nassau a circa 30 miglia di distanza.

La canzone del titolo originale, 'Mr. Kiss Kiss, Bang Bang', fu registrata da Shirley Bassey ma scartata perché il brano era troppo breve per i titoli e mancava del nome del film nei suoi testi; Tom Jones registrò quindi la canzone sostitutiva 'Thunderball', presumibilmente svenendo dopo aver tenuto la nota finale durante la registrazione.

Il cantante country Johnny Cash presentò anche una canzone intitolata 'Thunderball' in considerazione, ma rimase inutilizzata.

Thunderball ha vinto l'Academy Award per i migliori effetti speciali per John Stears nel 1966 e ha procurato a Ken Adam una candidatura BAFTA per la scenografia.

Il film fu un enorme successo al botteghino, incassando $141,2 milioni in tutto il mondo e superando tutti e tre i film di Bond precedenti, rimanendo l'entry con il maggior incasso della serie fino a Live and Let Die nel 1973.