Les références de Dan Simmons dans ses deux romans incluent des oeuvres, des personnages historiques et des personnages de fiction tels que Christopher Marlowe, Dracula de Bram Stoker, Platon, Gollum, le chien Pluto, Samuel Beckett et The Second Coming de William Butler Yeats ainsi que de nombreux autres. Outre ces références en passant, il en utilise d'autres de manière plus approfondie, façonnant ses romans par les exemples qu'il choisit, comme le 11 septembre et ses conséquences.
Ilium est influencé de façon thématique par l'extropianisme, peuplé comme il l'est par ces posthumains d'un lointain futur. Il continue à explorer ce thème dont le pionnier a été H. G. Wells dans la Machine à explorer le temps, à qui Simmons fait plusieurs références dans son travail. L'une de ces références les plus notables est quand Savi appelle les humains à l'ancienne les eloi, utilisant ce mot comme une expression de dégoût de cette société complaisante, privée de culture et ignorante de son passé.
On trouve également des allusions au travail de Vladimir Nabokov, la plus flagrante étant l'inclusion du Ardis Hall et les noms d'Ada, Daeman et Marina, tous empruntés à Ada ou l'ardeur. La société dans laquelle vivent les humains à l'ancienne ressemble à l'Antiterra du roman de Nabokov, parallèle à la Terre du 19e siècle mais exempte de toute forme de répression ou de morale judéo-chrétienne. Simmons a aussi inclus l'affection de Nabokov pour les papillons à travers la passion de Daeman pour ceux-ci.
Mahnmut l'européen est introduit comme étant un spécialiste de William Shakespeare dès le premier chapitre où il apparaît, dans lequel il analyse le sonnet 116 dans le but de l'envoyer à son correspondant, Orphu d'Io. Le sous-marin de Mahnmut est nommé la Dame noire, allusion à un personnage d'un autre sonnet de Shakespeare. Et, bien sûr, la pièce de théâtre La Tempête est présente à travers les personnages de Prospero, Caliban et Ariel. On trouve également de nombreuses autres références à l'oeuvre ou à des personnages de Shakespeare comme Falstaff, Henri IV et la Nuit des rois. Shakespeare lui-même fait une apparition dans un rêve de Mahnmut.
Les recherches proustiennes sur la mémoire occupent aussi une large place dans les romans, ce qui explique pourquoi Simmons a choisi de faire référence à Ada ou l'ardeur plutôt qu'à d'autres oeuvres plus connues de Nabokov. Ada ou l'ardeur a été écrit dans une structure imitant quelqu'un se remémorant ses propres souvenirs, un sujet que Proust a exploré dans À la recherche du temps perdu. Orphu d'Io est encore plus passionné par Proust que Mahnmut par Shakespeare, considérant Proust comme l'ultime explorateur du temps, de la mémoire et de la perception.
La description d'Odysseus s'adressant aux humains à l'ancienne de Ardis Hall rappelle Jésus enseignant à ses disciples.
Ce qui suit est la définition de termes utilisés dans les deux romans et qui sont rattachés à l'histoire fictive ou à la science :