Selon les rapports de fouilles, l'ensemble architectural couvre une superficie de 1488m² mais pourrait atteindre 1850m² ce qui montre l'importance du site et le classe parmi les plus vastes de la Gaule romaine.
La présence, dans le nom Aquae Segetae, de la déesse Segeta laisse penser que l’ensemble (thermes, temple, théâtre) constituait un sanctuaire, dans lequel les thermes auraient eu un usage plus thérapeutique qu'hygiénique. Rappelons que si les thermes sont bien identifiés le théâtre aussi est clairement visible à 400m des thermes et qu’on a retrouvé au sud des thermes, en face des établissements GéGé, les traces d'un podium, la façade d'une cella et les fondations d'une enceinte qui devait entourer le temple (Philippe Rodriguez Pouvoir et territoire p 261 et fouilles du GRAL 1992). On pourrait être passé, à la suite de la conquête romaine, d'un fanum celtique (étym. Fas = parole divine - fas est = il est permis – fas a donné néfaste) à un ensemble gallo-romain plus syncrétique, en témoigne l’inscription dédiée à un flamine trouvée à Moingt.
Une autre question se pose devant la modestie des vestiges mobiliers trouvés alentour. L'habitat de ce site était-il permanent ou occasionnel ? Aquae Segetae aurait-il été simplement un lieu de rassemblement épisodique lors de fêtes politico-religieuses en rapport avec le peuple Ségusiave ? Seules de véritables fouilles pourraient nous donner des certitudes mais la densité des constructions alentour les rendent difficiles. En attendant des fouilles programmées autour du site, seules les fouilles préventives (comme ce fut le cas en 2007 6 rue Neuve) permettent quelque avancée.
Le bâtiment des thermes proprement dit (qui subit par la suite de nombreuses transformations) est de forme allongée, il a une longueur de 64m et doit se prolonger à l’ouest sous la RD5 (Avenue thermale). Aujourd'hui les élévations sont antiques sur une grande partie de leur hauteur, notamment sur les façades est et sud. Des murs en élévation atteignent des hauteurs de 6 à 12 m ce qui est exceptionnel en France. Ces constructions semblent dater du 1er siècle après J.C. ; on a pu discerner deux états de construction avec des remaniements de grande ampleur.
Les archéologues ont identifié, grâce aux murs enfouis, différentes pièces, une partie d'hypocauste a été repérée devant le mur sud, une autre dans le cellier (partie orientale du logis); deux petits bassins de forme carrée ont été reconnus dans les parties enfouies au sud, probablement une fontaine, dans une pièce à l'ouest, des canalisations.
La façade sud du bâtiment telle qu’elle apparaît aujourd’hui était un mur intérieur des thermes antiques: on y trouve des traces d’un enduit (tuileau rougeâtre) utilisé généralement par les Romains pour l’étanchéité dans les thermes et à l’intérieur des aqueducs.
Il devait aussi y avoir un étage dont on a retrouvé l'ancrage à une hauteur de 7m.
Enfin les fouilles ont révélé au sud la présence d’un vaste bassin, parallèle à la façade du bâtiment antique.
Les fragments de différents marbres (comme le porphyre) ainsi que les éléments de chapiteaux que l’on a retrouvés à Moingt traduisent une richesse certaine. Thomas Rochigneux évoquait en 1885 « de superbes chapiteaux corinthiens et composites, des tambours de colonnes, des corniches, des marbres de placage ».
