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Die Wände bestanden meist aus Backstein  oder mit Mörtel verbundenen Bruchsteinen. Für die Füllung wurde hauptsächlich Opus caementitium verwendet, das die Tragfähigkeit von Mauern und Gewölben erheblich erhöhte. Sogar eine Art Leichtbeton  war bereits bekannt. Damit die Feuchtigkeit nicht die hölzerne Dachkonstruktion angreift, schlug Vitruv vor, das Gewölbe doppelt zu bauen, damit der Wasserdampf dazwischen abziehen kann. Die Beleuchtung soll von oben in die Badebecken fallen.

Die Böden waren häufig mit Mosaiken ausgelegt, die Wände gegen die Feuchtigkeit verputzt und mit Fresken verziert oder wie die Becken mit Marmor ausgelegt. Große Fensterscheiben und Gewölbe aus Glas oder Glasmosaiken ließen Licht und Wärme einfallen.

Zur Überwölbung der großen Innenräume wurden von römischen Baumeistern seit den Agrippa-Thermen bevorzugt die Kuppeltechnik eingesetzt. Die Thermenkuppeln gehörten zu den größten im ganzen Römischen Reich.

Die Römer verwendeten in ihren Thermalbädern sowohl Fußboden- als auch Wandheizungen mit Heißluft (Hypokaustum). Beide Techniken wurden zunächst für die Thermen entwickelt und angewendet.

Die beheizten Räume konnten je nach Größe und Art des Bades sehr unterschiedlich aussehen. Gemeinsam war ihnen, dass sie meist nach Süden ausgerichtet waren, um die Wärme der Sonne mit zu nutzen. Damit sich die Wärme der Fußbodenheizung besser ausbreitet, sollte der Boden des Hypokaustums nach Vitruvs Empfehlung eine leichte Neigung aufweisen. Die Wände bestanden oft aus Hohlziegeln, durch die ebenfalls heiße Luft geleitet wurde.

In den Caracalla-Thermen war das caldarium (Heißbad) rund und von einer großen Kuppel überdacht. Das caldarium der Trajansthermen war von gewölbten unterirdischen Durchgängen flankiert, die oft nur 2 Meter breit und 2,5 Meter hoch waren und durch rechteckige Löcher in der Decke beleuchtet wurden.



Von solchen Gängen unter den eigentlichen Baderäumen aus bedienten Sklaven die Wandheizung durch zahlreiche Schürklappen, die in die Sockel der Hauptwände des Gebäudes eingelassen waren. Die Arbeitsbedingungen in diesen Gängen müssen entsetzlich gewesen sein, da der Rauch nur allmählich durch die Deckenlöcher entwich. Die Heizkammern (praefurnia) wurden von den Sklaven regelmäßig mit Holzkohle beschickt. Später bevorzugte man möglichst trockenes Holz. Die heiße Luft stieg durch die Hohlräume nach oben und erhitzte Böden und Wände. Die Heizung musste Tag und Nacht in Betrieb gehalten werden. Durch Lüftungsklappen im Dach konnte die Temperatur variiert werden.

Die Hitze der römischen Bäder war fast immer Dampfhitze, mit Ausnahme des mitunter vorhandenen laconicum, in dem eine trockene Hitze herrschte. In diesem Raum konnte es, ähnlich wie in einer Sauna, viel heißer als in dem traditionell beheizten caldarium sein, weswegen die Verweildauer hier geringer war.