Visites de l'épave et tournage sur celle-ci
James Cameron a tenu à visiter l'épave du Titanic avant le tournage. Il a pour cela participé à des plongées sous-marines sur l'épave avec l'équipe du docteur Anatoly Sagalevitch. Cameron a demandé six millions de dollars à la Fox et à la Paramount Pictures pour s'embarquer sur un navire de recherche russe, l’Akademik Mstislav Keldych, et filmer le Titanic à plus de 3 700 mètres de profondeur.
En 17 jours, Cameron a effectué 12 plongées et a pu pénétrer dans l'épave grâce à une caméra télécommandée spécialement mise au point par son frère ingénieur, un ROV. Il a notamment pu filmer une des deux suites de luxe (dites « des millionnaires ») du navire (celle de Rose dans le film, qui était en réalité celle de Joseph Bruce Ismay) et la salle de réception du navire.
Le film s'ouvre sur une plongée sur l'épave menée par Brock Lovett (Bill Paxton). L'équipage du sous-marin du film comprend notamment Sagalevitch (qui dans le film, est nommé Anatoly Mickaelavich), car, selon Cameron, il « se devait d'être dans le film », étant le créateur des sous-marins Mir utilisés pour l'exploration et pour le film.
Ces scènes ont cependant été tournées en studio, à l'aide d'une maquette de l'épave fixée au plafond pour que le tournage soit plus facile. Les scènes à l'intérieur de l'épave ont quant à elles été tournées dans une reproduction fidèle de la salle de réception et de la cabine de Rose telles qu'elles sont sur le site. Le décor, à taille réelle, était immergé, et la scène tournée grâce au ROV.
Les seules images venant de l'épave sont celles de la cheminée du petit salon de la suite de Rose, d'un battant de porte de la salle de réception ainsi que des restes du Grand Escalier.
Les scènes à bord du Keldysh représentant Rose âgée (Gloria Stuart), ont réellement été tournées sur l’Akademik Mstislav Keldych, utilisé pour les expéditions.
Pour la scène d'arrivée de Rose et de sa petite-fille, il a fallu tourner sur l'héliport d'un navire de garde-côtes, le Keldysh n'étant pas pourvu d'une telle installation.
