טומי הוא מדען ונוירולוג העובד על מחקר למציאת תרופה למחלת הדגנרציה של המוח. הוא מוּנע על ידי מחלתה של אשתו איזי, הסובלת מגידול סרטני במוח שמביא להתדרדרות מהירה בבריאותה. תקופת גסיסתה מביאה אותה להרהר במשמעות החיים ולהעריך אותם תוך שהיא עוברת תהליך של השלמה עם מותה הקרב, אך טומי שאוהב אותה אהבה עזה מסרב להשלים עם מצבה והוא נחוש במאמציו למצוא לה מרפא. מחקרו מתקדם במהירות בהתבסס על חומר מיוחד שמקורו בעץ עתיק אשר התגלה באמריקה המרכזית, והוא נמצא במרוץ נגד הזמן להצלת אשתו.
איזי כותבת ספר המספר את סיפורו של תומאס הקונקיסטאדור, אך לאחר שהיא מתמוטטת במהלך ביקור במוזיאון המאיה היא משתכנעת כי לא תספיק לסיים את הספר עד מותה, ומבקשת מטומי לכתוב את הפרק האחרון. זמן קצר לאחר מכן היא נכנעת למחלה, ועמיתיו של טומי למחקר חוששים שמותה של איזי הפך אותו ללא-כשיר להמשיך בעבודתו ומסרבים להמשיך ולסייע לו. הוא מקדיש את כל כולו לא רק למציאת תרופה למחלה, אלא למציאת תרופה למוות עצמו ואף להשבת הנעורים. לאחר מותה של איזי הוא שותל בקברה זרע של עץ מיוחד.
טום הנוסע בחלל (המאה ה-26).
העלילה של טום מתרחשת כולה בחלל החיצון בתוך בועה קטנה המתפקדת כמעין חללית. טום הוא איש דת רוחני הנוסע בתוך ערפילית זהובה אל עבר כוכב מוּאר בשם שיבאלבה (Xibalba, בתרגום חופשי: "מקום של פחד"), מונח הלקוח מהמיתולוגיה של המאיה ומתאר את העולם הבא הנשלט על ידי אלי המוות של המאיה. הוא נוסע לבדו כאשר איתו בבועה קיים רק גן ובו עץ ענק הנמצא בתהליך מהיר של גסיסה, וטום נחוש להגיע אל הכוכב על מנת להציל אותו. בעת מסעו הוא עורך מדיטציה, מבצע טאי צ'י, מקעקע את עצמו ומנהל שיחות עם העץ. כמו כן הוא מנהל שיחה עם דמותה של איזי. נרמז כי באופן כלשהו היא עצמה חיה בתוך העץ הגוסס, ועליהם להגיע לשיבאלבה במטרה להשיב אותו לחיים.
בנקודת השיא של הסרט העץ מת, והכוכב הופך בפיצוץ אדיר לסופרנובה, המבקעת את החללית וסוחפת את טום לתוך החלל. עם הפיצוץ מתעורר העץ לחיים, מלבלב ונושא פירות. דמותה של איזי קוטפת פרי מהעץ המחודש ומגישה אותו לטומי, אשר שותל אותו בקברה.
כתיבה.
פיתוח התסריט.
דארן ארונופסקי וחברו ארי הנדל יצרו יחד את הסיפור עבור "המעיין", והתסריט עצמו נכתב על ידי ארונופסקי. כאשר הוא צפה בסרט "מטריקס" בשנת 1999, ארונופסקי ראה בו סרט המגדיר מחדש את ז'אנר המדע הבדיוני והוא ביקש לעשות סרט שיחקור תחומים חדשים של הז'אנר, כפי שעשו "מטריקס" וקודמיו "מלחמת הכוכבים" ו"". ארונופסקי חשב על סרט מדע בדיוני שיתעלה מעל הסרטים האחרים שהעלילה שלהם התבססה על טכנולוגיה ומדע בלבד. בהקשר זה אמר:
בשנת 1999 אובחנו שני הוריו של ארונופסקי כחולים במחלת הסרטן. ארונופסקי, שהיה אז בן שלושים, החל להרהר במהות התמותה האנושית: הוריו החלימו מהמחלה והוא עצמו החל להתמקד ברעיון של אדם צעיר המנסה להציל את אהובתו ממחלה סופנית. הוא שיתף ברעיון את הנדל, חברו ללימודים באוניברסיטת הרווארד, בעל דוקטורט במדעי המוח מאוניברסיטת ניו יורק שלא היה בטוח לגבי עתידו בתחום: על חלקו בפיתוח התסריט אמר הנדל:
בדומה לתהליך כתיבת סרטיו הקודמים, גם עבור "המעיין" החליט ארונופסקי לשנות את מקום מגוריו על מנת לקבל השראה עבור הכתיבה. הוא ערך יחד עם הנדל טיול לגואטמלה לצורכי תחקיר אודות ההיסטוריה והפילוסופיה של תרבות המאיה. התסריט לסרט הושפע רבות מעבודתו של העיתונאי האורוגוואי אדוארדו גליאנו, אשר כתב על מיתוסים מנקודת מבטם של הילידים ובמיוחד מספרו "בראשית". סיפורו של הסרט "היו זמנים באמריקה" השפיע אף הוא על התסריט. ארונופסקי שילב בתסריט גם מוטיבים מהספר "ההיסטוריה האמיתית של כיבוש ספרד החדשה" אשר נכתב על ידי ברנל דל דיאז קסטיליו (1492–1585), קונקיסטאדור ספרדי שכתב עדויות ראייה אודות כיבוש מקסיקו על ידי הרנאן קורטס. כתביו היוו השראה ליצירת עלילתו של תומאס היוצא למשימה בשירות המלכה איזבלה.
ארונופסקי הבחין בכך שמאז כתב בשנת 2000 את סצנת הקרב בין לוחמי שבט המאיה לבין לוחמיו של תומאס, הוצגו בסרטים "טרויה", "שר הטבעות" ו"המלך ארתור" סצנות קרבות מאסיביות. הוא ביקש שלא לנטות לכיוון זה, ועל כן שיכתב את הסצנה כדי שתהיה מצומצמת יותר, וכך שתציג את הקרב בעיקר בין דמותו של תומאס עצמו לבין הילידים. לאחר השכתוב הוא שם לב שהסצנה החדשה מתאימה כמטפורה לתמה המרכזית של הסרט, אודות האדם הבודד הקורא תיגר נגד כל הסיכויים ומנסה לכבוש את המוות.
על אף ש"המעיין" הוא סרט בדיוני, רבים מהאלמנטים המוצגים בו מבוססים על המציאות. יוצרי הסרט ערכו מחקר אודות מסעות האדם בחלל ועל תרבות המאיה לרבות ההיסטוריה שלה, הדת והרוחניות שבה. יחד עם השחקנים הראשיים הם צפו בניתוחי מוח. לאחר השלמת התחקיר אמר ארונופסקי: . הבמאי לא שאף להיות מדויק לחלוטין מבחינה היסטורית בנושא תקופות הזמן השונות בסרט (הנעות על ציר של כאלף שנים) מתוך תפיסה של הסרט כתפאורה של סיפור אגדה:
תמת המוות.
דארן ארונופסקי תיאר את ליבת הסרט כ"סיפור אהבה פשוט מאוד" אודות גבר ואישה מאוהבים, בעוד האישה מתה בגיל צעיר. הבמאי ערך תחקיר אודות אנשים שנפטרו בגיל צעיר; הוא למד מרופאים ומטפלים שמטופלים רבים מתו לבדם, שכן לקראת מותם הם מצאו דרכים חדשות להתמודדות עם מצבם, ואילו קרוביהם לא היו מסוגלים להזדהות עם ההשלמה אליה הגיעו. ארונופסקי כינה זאת "טרגדיה נוראה":
התמות המרכזית ב"המעיין" העוסקת בפחד מפני המוות היא "תנועות בין חשכה לאור, והשחור אל הלבן" העוקבות אחר מסעו של אדם המפחד מהמפגש עם המוות אך מתקדם לעברו. הסרט נפתח בפסקה מ, המתאר את נפילת האדם. יו ג'קמן הדגיש את מרכזיותה של תמת "הנפילה" בסרט: "ברגע שבו עברו אדם וחוה על חטא עץ הדעת, החלו בני האדם לחוות את החיים כפי שאנו חווים אותם כיום; חיים ומוות, עוני ועושר, כאב ועונג, צדק ורשע. אנחנו חיים בעולם של דואליות. בעל, אישה - אנחנו נוהגים לקשור כך כל דבר. את מרבית חיינו אנחנו מעבירים בלא לרצות למות, להיות עניים ולחוות כאב. זה הרעיון עליו מבוסס הסרט." ארונופסקי פירש גם הוא את סיפור בראשית כהגדרת האלמוות עבור בני האדם: "אם הם היו שותים מעץ החיים (הערה: במקום מעץ הדעת) מה היה למעשה עושה אותם שונים מהבורא שלהם? מה שהופך אותנו לאנושיים זה המוות. זה מה שהופך אותנו למיוחדים."
הפקה.
טרום-הפקה.
ארונופסקי החל לקדם את הפקת "המעיין" מיד לאחר צאתו לאקרנים של סרטו הקודם, רקוויאם לחלום, בשנת 2000. באפריל 2001 הוא נכנס למשא ומתן עם אולפני ההפקה ווילג' רודשואו והאחים וורנר על מנת לביים את הסרט (אז ללא שם) כאשר בכוונתו ללהק את בראד פיט לתפקיד הראשי. רקוויאם לחלום הוקרן בפני פיט, וניתן לו התסריט הראשוני לסרט העתידי.
ארונופסקי התכונן להפקה על ידי נסיעה יחד עם צוותו לאמריקה המרכזית שם פגש מומחים לתרבות המאיה איתם התייעץ, ובחן את הריסות העיר הקדומה פלנקה שבמקסיקו. הקבוצה סיירה גם בטיקאל, עיר הנמצאת באמצע הג'ונגלים שבצפון גואטמלה ובה צולמו חלקים מהסרט . נוסף על הטיול, הוקרנו בפני הצוות הסרטים "" ו"ההר הקדוש" על מנת לתת להם השראה לעיצוב יער הגשם עבור הסט של הסרט.
ביוני 2001 החלו המגעים עם קייט בלאנשט על מנת להצטרף לפרויקט. ארונופסקי, שביקש לשמור על שם הסרט בסוד, נתן לו את השם הזמני "האיש האחרון" (The Last Man). ההפקה הושהתה על מנת לבצע שיפורים בתסריט וכדי להמתין שבלאנשט, שהייתה בהריון בעת הצטרפותה לפרויקט, תלד את בנה בדצמבר 2002. ביוני 2002 נפגשו נציגי חברת האחים וורנר עם ארונופסקי ומפיק הסרט אריק ווטסון והביעו דאגה בשל האמרת עלויות ההפקה. החברה הודיעה כי אם לא יימצא משקיע נוסף בסרט היא תבטל את הפרויקט. ווטסון פנה לחברות הפקה עצמאיות והצליח לגייס את רייג'נסי אנטרפרייזס לפרויקט. לאחר עיכובים נקבעה תחילת ההפקה לאוקטובר 2002 בקווינסלנד וסידני שבאוסטרליה. הסרט, לו ניתן באופן רשמי השם "המעיין", קיבל אור ירוק לצאת לדרך עם תקציב של 70 מיליון דולר שמומן על ידי האחים וורנר וחברת ההפקה ניו-רייג'נסי, לאחר שווילג' רודשואו משכו את ידם מהפרויקט. ההכנות להפקה לבדן עלו כ-18 מיליון דולר.
בלא התראה, בראד פיט, אשר בקשותיו לשינויים בתסריט לא נענו, עזב את ההפקה שבעה שבועות לפני יום הצילומים הראשון. פיט עזב על מנת לגלם את דמותו של אכילס בסרטו של וולפגנג פטרסן "טרויה". בעוד הסטודיו מאיים לבטל את הפרויקט, שלח ארונופסקי את התסריט לשחקן ראסל קרואו כמחליף אפשרי עבור פיט. קרואו, שהיה מותש מצילומי הסרט "אדון ומפקד", סירב להצעה. בספטמבר 2002 הודיע ג'ף רובינוב, יו"ר מחלקת ההפקה של האחים וורנר, כי ההפקה מבוטלת. בלאנשט קיבלה פיצוי על זמנה באוסטרליה וחברי הצוות המקומי קיבלו הודעה על פיטוריהם. הסט שנבנה עבור הפקת הסרט, בתוכו מקדש מאיה בן עשר קומות, נמכר במכירה פומבית יחד עם אביזרי הפקה נוספים.