羅馬的萬神廟首先把空間這種摸不著而又實際存在的東西作為一種建築的表達手段，它的空間是羞怯的，被沉重的實體所包圍，內外聯絡過於狹小。

大殿裡惟一的採光口是頂端的圓形天窗，它加強了穹頂內部方格藻井上的光影變化，使建築物顯得厚重堅實。但是，羅馬建築與希臘相比，最主要的還是體現在公共建築的新的型別上。

採用了穹頂覆蓋的集中式形制，重建後的萬神廟是單一空間、集中式構圖的建築物的代表，它也是羅馬穹頂技術的最高代表。萬神廟平面式圓型的，穹頂直徑達43.3米，頂端高度也是43.3米。按照當時的觀念，穹頂象徵天宇。穹頂中央開了一個直徑8.9米的園洞，可能寓意著神的世界和人的世界的某種聯絡。從園洞進來柔和漫射光，照亮空闊的內部，有一種宗教的寧謐氣息。穹頂的外面覆蓋著一層鍍金銅瓦。（公元8世紀時，教皇格里高利三世（GregoryⅢ）用鉛瓦覆蓋）

　　穹頂的材料有混凝土，有磚，混凝土用浮石作骨料。大概是先用磚沿球面砌幾個大發券，然後才澆築混凝土的。這些發券的作用是，可以使混凝土分段澆築，還能防止混凝土在凝結前下滑，並避免混凝土收縮時出現裂縫。為了減輕穹頂重量，越往上越薄，下部厚5.9米，上部1.5米。並且在穹頂內面做五圈深深的凹格，每圈28個。

　　牆厚6.2米，也是混凝土的。每澆築1米左右，就砌1層大塊的磚。牆體內沿圓周發8個大券，其中7個是壁龕，一個是大門。龕和大門也減輕了基礎的負擔。基礎深4.5米，底厚7.3米。基礎和牆的混凝土用凝灰岩和灰華石作骨料。

　　萬神廟門廊高大雄壯，也華麗浮豔，代表著羅馬建築的典型風格。它面闊33米，正面有長方形柱廊，柱廊寬34 米，深15.5 米；有科林斯式石柱16 根，分三排，前排8 根，中、後排各4 根。柱身高14.18米，底徑1.43 米，用整塊埃及灰色花崗岩加工而成。柱頭和柱礎則是白色大理石。山花和簷頭的雕像，大門扇、瓦、廊子裡的天花梁和板，都是銅做的，包著金箔。直徑為43.4米的萬神廟大圓頂的世界紀錄，直到1960年才被在羅馬所建的直徑達100米的新體育館大圓頂打破。

　　外牆面劃分為3層，下層貼白大理石，上兩層抹灰，第三層可能有薄壁柱作裝飾。下兩層是牆體，第三層包住穹頂的下部，所以穹頂沒有完整地表現出來。這大概是為了：第一，減少穹頂的側推力的影響；第二，把牆加高，體型比較勻稱；第三，當時還沒有處理飽滿的穹頂的藝術經驗，也沒有這樣的審美習慣。

　　神廟本身正面也呈長方形，平面為圓形，內部為一由8 根巨大拱壁支柱承荷的圓頂大廳。這個古代世界最大的穹頂直徑43.3 米，正中有直徑8.92米的採光圓眼，成為整個建築的唯一入光口。大廳直徑與高度也均為43.3米，四周牆壁厚達6.2 米，外砌以巨磚，但無窗無柱。據說，萬神廟是第一座注重內部裝飾勝於外部造型的羅馬建築，但原有部分青銅與大理石雕刻失之於外國掠奪或移用於後建的羅馬建築，外部的瑰麗紅石也已不翼而飛，失去昔日的風采。現唯神廟入口處的兩扇青銅大門為至今猶存的原物，門高7米，寬而厚，是當時世界上最大的青銅門。