Thurman, Quentin Tarantino'nun yönettiği 2002 yılında çekilen Kill Bill filminin setinde senaryo gereği hızla araç kullanırken beklenmedik bir kaza geçirdi. Görüntülere göre bir palmiye ağacına çarpıp kafasından sert şekilde darbe alan Thurman, yerinden doğrulmaya çalışıp bunu başaramadı. Ardından da hareketsiz kaldı. Ünlü oyuncu set görevlilerinin yardımıyla aracın içinde sıkıştığı yerden çıkarılıp hastaneye götürüldü. Beyin sarsıntısı geçiren, boynu incinen Thurman bir süre boyunlukla gezmek zorunda kaldı. 16 yıl sonra Tarantino'dan aldığı görüntüleri sosyal medya sayfasında paylaşan Thurman, olayı New York Times gazetesine verdiği kapsamlı röportajda anlattı. Thurman, o sahnede rol almaya kendisini yönetmen Tarantino'nun ikna ettiğini belirtti. Başlangıçta ekipten birinin manuelden otomatik vitese dönüştürülmüş aracın çok da iyi çalışmayabileceğini söylemesi üzerine Thurman, arabayı kullanmak istememiş. Ancak o sahnede oynamaya onu ikna eden de yönetmen Tarantino olmuş. Thurman, röportajda Tarantino'nun kendisini nasıl ikna ettiğini şöyle anlatıyor: “Quentin karavanıma geldi ve her yönetmen gibi hayır cevabı almaktan hiç hoşlanmamıştı. Çok kızgındı çünkü onlara çok zaman kaybettirmiştim. Ama korkuyordum. Bana 'Sana söz veriyorum, araba gayet iyi, yol da dümdüz bir yol” dedi. Bana 'Saatte 40 mille git yoksa saçın doğru şekilde uçuşmaz ve yeniden çekmek zorunda kalırız' dedi. Ama içinde bulunduğum şey bir ölüm kutusuydu. Koltuk doğru şekilde yerine oturtulmamıştı. Kumlu bir yoldu ve kesinlikle dümdüz değildi.” Thurman, kazadan sonra yaşadıklarını da şöyle anlattı: “Direksiyon karnımın hizasındaydı ve bacaklarım altımda sıkışmıştı. Acıyı hissettiğimde şöyle düşündüm: 'Aman Tanrım, bir daha asla yürüyemeyeceğim'. Hastaneden boynumda boyunluk, dizlerimde hasar, kafamda yumurta büyüklüğünde bir şişlik ve beyin sarsıntısıyla döndüm. Arabayı görmek istedim ve çok üzgündüm. Quentin ile çok büyük bir kavga ettik, ve onu beni öldürmeye çalışmakla suçladım. O da buna çok sinirlendi, çünkü, anlaşılır bir şekilde beni öldürmek istememişti”. Kazadan iki hafta sonra, arabayı ve kaza görüntülerini görmeye çalıştıktan sonra Thurman, filmin yapımcı şirketi Miramax'a avukatı aracılığıyla bir mektup göndererek olayı anlattı ve dava açabileceğini söyledi. Miramax, eğer “gelecekte oluşabilecek herhangi bir sorundan sorumlu tutmamayı taahhüt ederse” görüntüleri göstereceklerini söyledi. Thurman ise kabul etmedi. Uma Thurman, Miramax'ın sahibi olan Harvey Weinstein'ın taciz skandalının ortaya çıkmasının ardından kendisinin de ünlü yapımcı tarafından rahatsız edildiğini söylemişti. Uma Thurman, bu kazadan sonra bedeninde kalıcı hasarlar oluştuğunu da sözlerine ekledi.
