诺兰一直以非线性叙事闻名影坛，在《奥本海默》中，他仍然娴熟运用着这一叙事技巧。利用复杂的非线性叙事，《奥本海默》创造出一种重重叠叠、复杂交织的时空结构，这让该片能够容纳进更多层次的涵义。但比起更典型的诺兰电影，《奥本海默》对这种技巧的运用十分克制，但即便是点到即止，诺兰的指挥若定依然为传统情节剧电影注入了更丰富和多元的情感和道德表达。