Le film découle « de questions laissées en suspens dans mes films précédents, questions qui tournent souvent autour du pouvoir, de la démocratie, de ce qui fait société aujourd’hui. Cinq Nouvelles du Cerveau part d’un constat : la science débouche sur des technologies qui accouchent d’un monde nouveau, qu’on a de la peine à penser », explique Jean-Stéphane Bron. Ce dernier désirait également filmer ce qui se déroule dans les laboratoires, qui évoquent un imaginaire futuriste.
Le film est structuré en cinq parties, incarnées chacune par une figure scientifique. Il s'agissait de dresser un panorama complet des enjeux de la recherche scientifique et de ses implications philosophiques et politiques : « Plus qu’un panorama, c’est cinq pistes, cinq scénarios. L’idée était d’aller du cerveau calculant, focalisé sur les mathématiques, jusqu’à la main, au geste, avec l’idée qu’il n’y a pas de pensée sans action ou pas d’action sans pensée. »
Par son sujet, Cinq nouvelles du cerveau renvoie aussi bien à des films de Kubrick et Spielberg qu'aux romans d’Asimov et K. Dick. Le réalisateur a réfléchi à ses choix de mise en scène et de montage en conséquence : « J’essaie toujours que mes films documentaires soient traversés par la question du genre. Cleveland contre Wall Street, c’était le film de procès, L’Expérience Blocher, portait du leader de l’extrême droite, en Suisse, le film de vampires… Là, je me demandais comment convoquer l’univers de la SF à travers des histoires bien réelles qui partent des laboratoires. Aussi, j’aime partir d’une impossibilité à faire des images, pour que le film se crée dans la tête du spectateur. Le cerveau, son fonctionnement, c’est infilmable. Je suis parti de la matière, de la chair, pour arriver à des histoires qui convoquent un récit fantasmatique. »