Sức hấp dẫn của bộ phim còn được nâng cao với yếu tố sử dụng kỹ xảo đặc biệt, The Polar Express là sự kết hợp giữa diễn xuất người thật với kỹ xảo máy tính, đạo diễn Robert Zemeckis đã sử dụng đến 500 chuyên viên kỹ xảo thuộc Sony Imageworks để dựng The Polar Express trong ba năm. Một trong những diễn viên thật hỗ trợ trong phim là Tom Hanks (thủ diễn năm vai, từ cậu bé 7 tuổi - nhân vật chính đến ông già Noel). Kỹ thuật chính trong The Polar Express là performance capture (tạm hiểu nôm na là nhái diễn xuất người thật để chuyển đổi thành diễn xuất nhân vật hoạt hình).

Mỗi giây trong The Polar Express được quay tại không gian nhỏ xíu 3m x 3m (chính xác là 10 foot) tại phim trường Sony Studios, trong đó có 72 máy quay phân tích cử động (motion-analysis camera) loại Vicon có tia hồng ngoại. Khi tia hồng ngoại va chạm với hạt nhựa trên thân thể diễn viên, ánh sáng sẽ dội lại vào ống kính và cùng lúc máy tính ghi nhận vị trí hạt nhựa (camera quay 120 hình/giây).
Với 194 hạt nhựa trên mỗi diễn viên (riêng phần mặt có 152 hạt), máy tính sẽ kết nối các điểm và tạo ra “lớp vỏ” (shell) cực kỳ tỉ mỉ của phần diễn xuất để từ đó người ta có thể vẽ lại nhân vật hoạt hình. Kết quả, Tom Hanks diễn như thế nào thì nhân vật hoạt hình cũng diễn y hệt - dựa vào dữ liệu thu từ chuyển động cơ mặt và bề mặt da của Tom Hanks. Với kỹ thuật mới này, Tom Hanks đã có thể đóng một lúc năm vai.