《非凡医者》以“天才医生”陈辉的成长史为切入点和叙事线索，呈现了包括潘文斌（王志飞饰）、刘振巍（柳小海饰）、白纯（吕晓霖饰）、王凯（杨皓宇饰）等在内的老中青医生群像，每个年龄层的医生都特点鲜明。谈及《非凡医者》的选角，陆川透露当初看了张晚意演的《觉醒年代》（饰陈延年），就觉得他很适合陈辉这个角色。“他在《觉醒年代》的戏份不算很多，但最后那个回眸让我看到他内心非常的清澈。”实际上，陈辉的备选演员不止张晚意一个，陆川觉得不管是由谁来演陈辉，一定要是一个内心非常清澈的、通透的男孩。