Ponieważ nie można było już ani wydłużać ani poszerzać pociągów, zdecydowano się na pociąg piętrowy.
Historia Studium wykonalności pociągu TGV Duplex wykonano w 1987 roku. W 1988 zbudowano makietę w skali 1:1 aby zbadać reakcję klientów na koncepcję pociągu piętrowego, tradycyjnie zarezerwowaną dla pociągów podmiejskich. Jeden z wagonów TGV Sud-Est, o wnętrzu zmienionym tak, by symulowało dolny pokład wagonu piętrowego, został przetestowany w normalnej eksploatacji. Inny skład TGV Sud-Est zmodyfikowano w celu badań nad zachowaniem dynamicznym pociągu o umieszczonym wyżej niż w przypadku innych TGV środku ciężkości.
Rozmowy z GEC Alsthom rozpoczęły się krótko po testach i w lipcu 1990 firma wygrała kontrakt na budowę, znanego wówczas pod nazwą TGV-2N (2N oznacza deux niveaux – fr. dwa poziomy). Szczegóły kontraktu uzgodniono na początku 1991 roku i wtedy też SNCF złożyły pierwsze oficjalne zamówienie.
Od tego momentu, przez cztery następne lata trwały prace nad pokonaniem trudności technicznych, zanim pierwszy piętrowy pociąg wielkich prędkości stanął do pierwszych testów. Krótko po pierwszej jeździe testowej, pierwszy zestaw wagonów piętrowych w połączeniu z głowicami napędowymi z pociągu TGV Réseau, osiągnął prędkość 290 km/h na linii LGV Sud-Est.