A hatalmas fűrdőegyüttes i. sz. 215 körül épült a város déli részén, a Via Appia mellett.

Megközelítőleg 330 m oldalhosszúságú, négyzetes területet foglal el. A terep lejtése miatt egyik oldalán a domboldalba süllyesztették. A másikon 6 m-rel a terepszint fölé emelték, és a nagyszabású alépítményben helyezték el az alárendelt helyiségeket. Az együttes a császár thermák jellegzetes kompozíciójának megfelelően fő- és kereszttengely mentén szerveződik.

A medencés fürdőhelyiségeket magába foglaló főépület merőleges az együttes főtengelyére, 220 m hosszú, 114 m széles tömege a fürdőterület felező vonala előtt emelkedik. Rövidebb tengelyében sorakoznak a hidegvizes medence (a bejáratokkal közrefogott), téglalap alaprajzú, nagyméretű, lefedetlen tere, a frigidárium, a hatalmas, dongaboltozatos központi terem a négy sarkánál nyíló langyos medencékkel, tepidáriumokkal és a forró fürdő, a caldarium óriási körterme, rotondája. A kereszttengelyben szimmetrikus elrendezésben pihenőtermek, öltözők, félkörös exedrák, oszlopfolyosóval körülvett, fedetlen tornaudvarok, palaestrák helyezkedtek el.

A főépületet három oldalról parksáv, hátsó oldalán stadion határolta. Az együttes kerületén különböző rendeltetésű építmények sorakoztak. Közülük az udvart bővítő exedrák fürdőcsoportjai emelkedtek ki.
A stadion mögött helyezték el a nagyszámú cellából álló, kétszintes, 33 000 köbméter űrtartalmú víztárolót, amelyet az Aqua Marcia egyik ága táplált. A műszaki megoldások magas színvonaláról tanúskodik, hogy bármelyik fürdőmedence vizét a tárolóból elágazó csőrendszeren át percek alatt lehetett cserélni.

A monumentális belső terek művészi hatását a térlefedések sokfélesége, a felhasznált anyagok kiváló minősége és a részletképzés gazdagsága adta. Ezt tovább fokozta a nyitott és zárt, erősebben vagy gyengébben megvilágított; különböző magasságú és eltérő formálású terek változatos csoportosítása és az oszlopos átjárókon keresztül nyíló átlátások.

A főépület szerkezeti rendszere a római boltozási technika fejlettségét mutatja. A központi termek nagyfesztávolságú, hatalmas boltozatainak oldalnyomását és terhét a környező alacsonyabb helyiségek haránttengelyű dongái és az exedrák félkupolái vették fel, és adták át a körítő falaknak. A boltozatokat alátámasztó hatalmas pilléreket fülkékkel és belsejükben kialakított lépcsőterekkel tették könnyebbé. Az épületegyüttesnek ma csak nagyméretű fal- és boltozatmaradványai állnak.

A thermák belső tereinek kialakítását az i. sz. 306 táján épült Diocletianus-thermák épen fennmaradt központi csarnoka és tepidáriuma, továbbá más helyiségei mutatják. Ezeket a XVI. század derekán Michelangelo állította helyre a Santa Maria degli Angeli templom alakjában.
A fényűző kiképzésű, monumentális thermák a császárkori Róma társadalmi életének is beszédes emlékei. Hatásuk a XIX. század nagyméretű középületein erősen jelentkezik.