Zoals eerder vermeld, vormt het Pantheon een majestueus architectonisch werk. Enkele onderdelen zijn al vermeld in het historische gedeelte van dit artikel en zullen hieronder nader worden toegelicht.

De fundering

De funderingen van het Pantheon zijn gemaakt van beton en zijn bijna vijf meter diep en ongeveer zeven meter dik. In de loop der tijd hebben zij schade opgelopen, waarschijnlijk door de moerassige aard van de grond waarop het complex is gebouwd.

Daarom werden eerst versterkingsringen aangebracht en vervolgens andere externe architectonische elementen, die oorspronkelijk niet gepland waren, om de stuwkrachten te ontlasten.

De rotunda

Dit is de kern van het Pantheon, de eerste architectonische constructie van de tempel in chronologische orde. Zijn naam is onvermijdelijk verbonden met de cilindrische vorm die het onderscheidt. De wanden van de rotunda zijn zes meter dik en de hoogte van de vloer tot aan de oculus is 43,3 meter (net zoals de diameter van de oculus).

Het werk is gemaakt met een betonnen gietstuk en bestaat uit een binnen- en een buitenmuur, alle gesteund door acht pilaren. Onder de laatste zijn zeven afwateringsbogen in de buitenmuur opgenomen.

De koepel

De koepel van het Pantheon, met een diameter van 43,3 meter, is het indrukwekkendste onderdeel van het gebouw. Zoals eerder vermeld, is het de grootste koepel die ooit van ongewapend beton is gemaakt. Tot 1434 bleef het tevens de grootste ter wereld, tot de koepel van Brunelleschi van de Kathedraal van Florence (met een diameter van 45 meter) werd gebouwd.

De bouw van de Romeinse koepel is een demonstratie van de genialiteit van de architecten uit die tijd, gezien het feit dat het vandaag de dag nog steeds intact is. Aan de buitenkant is het eerste deel van de koepel niet zichtbaar, omdat het wordt afgedekt door de zeven frames die de horizontale druk van de constructie opvangen. Inwendig, op dezelfde hoogte, is de ronding van de structuur daarentegen duidelijk zichtbaar.

Bij de bouw van de koepel was het gezien de grote afmetingen, noodzakelijk een technische oplossing toe te passen: het lichter maken van beton, in combinatie met andere materialen. Deze techniek is bovendien toegepast in verschillende monumenten uit de keizertijd zoals de Basilica Maxentius en de Thermen van Diocletianus.

De oorspronkelijk bronzen plafondbekleding van de koepel ontbreekt vandaag de dag. Paus Urbanus VIII Barberini liet de bronzen omlijsting van de cassettes (de verdiepte, rechthoekige vlakken in het plafond) in het gewelf en de bronzen versieringen van de portico omsmelten. Waarschijnlijk is dit brons door de architect Bernini gebruikt om het baldakijn boven het graf van Petrus in de Sint-Pietersbasiliek te maken.

De oculus

Een opvallend aspect aan het interieur is de oculus of “het duivelsoog” van de Pantheon. Het cirkelvormige gat in de koepel is de enige lichtbron van het monument. Behalve voor de verlichting was de oculus ook nodig om het gewicht van de koepel te beperken. Bovendien geloofde men dat de mens door deze opening in nauwer contact stond met de Goden.

De oculus heeft een diameter van 9 m en verschillende legenden en functies zijn verbonden met dit specifieke deel van het werk, zoals uitvoeriger wordt beschreven verderop in dit artikel.

De pronaos en de portico

Vóór de tempel bevindt zich de pronaos (ruimte voor de cellae/naos), van Griekse oorsprong, met 16 Korinthische zuilen die het timpaan (het driehoekige gevelveld tussen de kroonlijst en de schuin oplopende daklijsten) ondersteunen. In de Romeinse tijd, hadden de bronzen bas-reliëfs op de timpaan de strijd tussen de Goden en giganten als thema.

De portiek, eveneens in Griekse stijl, is 34 m hoog en heeft een frontale zuilengalerij met 8 Corinthische zuilen. Het timpaan (dat nu leeg is) zou een embleem hebben bevat, zoals een adelaar of een vergulde bronzen kroon die Jupiter symboliseert.

Tenslotte werd de portiek opgetrokken uit wit marmer en versierd met reliëfs waarop guirlandes, kostbare voorwerpen en kandelaars zijn afgebeeld.