《科學少女》描述對科學感興趣的高中女孩劉子瑜因母親病逝備受衝擊，她的科學家父親在傷痛之餘，將設計的AI機器人艾普洛帶回家照顧女兒。父親刻意將妻子的外型重現於艾普洛身上，但子瑜如何與這個長得和媽媽一模一樣的艾普洛相處、如何學習成長，都是必須面對的問題。
導演莊景燊表示，雖然影片強調科學教育，但莊景燊認為角色一定要吸引人，尤其是女高中生與AI機器人艾普洛，而這也是全片最難的兩個地方。艾普洛的狀態，包括設計、講話與動作的操作邏輯都要明確合理；盧以恩飾演的劉子瑜一角，也要能讓觀眾隨她情緒波動而自然感動。「故事簡單來說，就是爸爸『娶』後母回家，讓女兒與後母相處，只是後母是AI機器人。只要把這兩個角色抓穩、抓準，故事就差不多了。」
莊景燊透露，艾普洛這個角色在2020年改寫電影劇本階段，就清楚要找姚以緹飾演。「一方面是因為我們合作過電影《引爆點》；另一方面是因為台灣觀眾的觀影美學受好萊塢影響，對AI機器人這類特殊角色，如果不是外國人的臉孔，很難被接受。但我又不能請外國人來演，所以這位演員要有非常明顯五官，我心中首選就是姚以緹。」
在確定姚以緹一人分飾母親與AI機器人二角之後，莊景燊從姚以緹為出發點去想飾演女兒、丈夫的人選。「我覺得盧以恩的外貌與姚以緹、王傳一搭起來很像一家人。此外，我也與盧以恩合作過影集《神之鄉》，很熟悉她的狀態，可以說服觀眾。」至於片中的小妹妹則是海選了約20位小朋友之後，最後編劇安邦推薦他的5歲外甥女鄭品茜，「這位小妹妹狀態最穩定，還講片中大灰熊與小白兔的故事給我們聽，讓我們笑翻，所以決定用她。演出前特別安排近1個月的表演訓練，讓她跟盧以恩與姚以緹、王傳一更熟悉、靠近。」
