Panteon zachował prawdopodobnie północną orientację pierwotnej świątyni. Świadczą o tym odkrycia oryginalnych schodów z czasów Augusta na obszarze przed Panteonem. Świątynia Augusta miała prostszą, ale podobną strukturę, i również mogła pełnić funkcję „teatru słonecznego”.
Struktura kopuły jest pozbawiona nadmiernej masy oraz usztywniona żebrami przez zastosowanie kasetonów, a masywne ściany bębna podporowego kopuły zostały usztywnione i uelastycznione (na ich ruchy od zmian termicznych) przy jednoczesnym znacznym obniżeniu ich masy poprzez regularnie rozmieszczone wnęki. Siły poziomego rozporu kopuły zostały zrównoważone przez nadbudowanie w postaci schodkowo spiętrzonych siedmiu pierścieni dociążających płaszcz kopuły w polu jej oparcia na bębnie podporowym ścian Panteonu.
Ponieważ otwór w kopule nie ma przykrycia, posadzka na środku jest lekko wklęsła z odpływem na zewnątrz do odprowadzania wód opadowych.
Prostokątne i półkoliste wnęki – nisze, występują przemiennie w murze ściany podpierającej kopułę. Użytkowane są na kaplice grobowe. Konstrukcyjnie wykorzystane są jako przerwy dylatacyjne. W pierwszej kaplicy znajdują się szczątki Perin del Vaga – uważanego za drugiego po Juliuszu Romano, wielkiego asystenta Rafaela.