这部电影的灵感来源于导演彼特-道格特的童年。在孩童的时候，他跟随家人一起搬到丹麦居住。他的姐妹们很快适应了新环境，道格特却没那么幸运，他总觉得被同学们在背后指指点点。当别的孩子都跑出去运动的时候，他一个人坐下来画画，正是这个爱好引领他走上了以后的动画之路。他的社交恐惧在高中时代才得到缓解。在2009年末，道格特开始注意到他处于青春期的女儿有着和他当年一样的胆怯表现。她开始变得更加安静、内向，这引发了道格特的不安全感和恐惧。他开始想象当人们产生情绪时，脑袋里到底发生了什么事情。一个鲜明的人物形象逐渐出现在他脑海中：“强壮、固执己见、具有讽刺的个性”。他开始与制片人乔纳森-里维斯和第二导演朗尼-卡门一起，研究有关人脑的信息，他们咨询了研究人类情绪的心理学家保罗-埃克曼和心理学教授达谢-凯尔特那。埃克曼在他早期的学术研究中就确定了人的六个核心情绪：愤怒、恐惧、悲伤、厌恶、快乐和惊喜。道格特借用了这个研究，不过他发现惊喜和恐惧实在有些类似，所以在故事里只有五种情绪。凯特纳在这个基础上认为，悲伤可以强化人们之间的关系。
道格特2009年的作品《飞屋环游记》的成功给了皮克斯信心，他们允许道格特创作一个更复杂的故事。《头脑特工队》成为了第一部没有联合创始人、苹果前任CEO史蒂夫-乔布斯参与的电影。乔布斯在2011年去世了。它也缺乏约翰-拉赛特的投入，拉赛特当时正专注于迪士尼电影工作室的项目。虽然电影公司的高管们都支持这部电影，但他们也认为它将很难推向市场。之后，剧组招募了故事小组以帮助发展电影故事线。虽然动画市场是男性占领主导地位的，但故事组有一大部分女性职员，这是为了故事多样化的发展。他们通过研究发现：11到17岁的女孩在表达情绪方面比其他人要好。于是就有了故事中的莱利。LadyInSatin/文