Το λουτρό (βαλανείο) αποτελείται από τρεις συνεχόμενους χώρους στον άξονα ΒΔ-ΝΑ, οι οποίοι επικοινωνούν μεταξύ τους. Κατατάσσεται στον «εν σειρά» αρχιτεκτονικό τύπο, που είναι και ο πλέον λειτουργικός και φανερώνει τη σειρά χρήσης των χώρων του, από τον ψυχρό οίκο, στο μέσο και τέλος στο θερμό. Ο τύπος, γνωστός από τα λουτρά της Πομπηίας, παρέμεινε ιδιαίτερα αγαπητός στις ανατολικές επαρχίες έως τους πρώιμους βυζαντινούς χρόνους. Ο βορειότερος χώρος, ο θερμός οίκος, caldarium, είναι μονόχωρος και απολήγει σε αψίδα. Η θέρμανση επιτυγχάνεται με υπόκαυστο, που δημιουργείται με πλέγμα τετράγωνων πεσσίσκων, επάνω στους οποίους στηρίζεται το δάπεδο. Οι τοίχοι έφεραν σύστημα θέρμανσης με πήλινους αεραγωγούς ορθογώνιας διατομής, tumuli, παχύ υδραυλικό κονίαμα και ορθομαρμάρωση. Στην κόγχη υπάρχει λεκάνη με ορθομαρμάρωση και στηθαίο, ενώ άλλοι λουτήρες εντοπίστηκαν στο δυτικό του τμήμα.Νότια του ψυχρού, υπάρχει ο μέσος οίκος, το tepidarium, που χωρίζεται σε επιμέρους τμήματα εφοδιασμένα με λουτήρες. Το σύστημα θέρμανσής του επιτυγχάνεται με υπόκαυστα με τοξωτά στηρίγματα σε συνεχή σειρά στο δάπεδο και πήλινα πηνία και πιόσχημα ορθογώνια πλακίδια, tegulae mammatae, στους τοίχους. Νότια του χώρου ανασκάφηκε ο ψυχρός οίκος, το frigidarium, εφοδιασμένο με λίθινες πλάκες στο δάπεδο και τοιχογραφίες στους τοίχους, που δε διατηρήθηκαν. Στο κέντρο του εντοπίστηκε βάθυνση διαστάσεων 3Χ3μ., με υπολείμματα χρωμάτων, και στις τέσσερις γωνίες της υπάρχουν βάσεις κιόνων. Πιθανότατα αρχικά ένα περιρραντήριο ή άλλη παρόμοια κατασκευή καταλάμβανε το κέντρο της. Ο χώρος ήταν εφοδιασμένος με αγάλματα, θραύσματα των οποίων μόνον ανακαλύφθηκαν κατά την ανασκαφή. Ανατολικά υπάρχει πισίνα με δάπεδο από πήλινες πλάκες, τρεις αναβαθμούς και κεφαλόσκαλο. Δυτικά του κεντρικού χώρου, απέναντι από την πισίνα, υπάρχει αποδυτήριο με πήλινες πλάκες και θρανίο που περιτρέχει τους τοίχους που ήταν αρχικά καλυμμένοι με τοιχογραφίες, που βρέθηκαν πεσμένες πίσω από το θρανίο που τοποθετήθηκε σε β? φάση. Βόρεια του αποδυτηρίου ανασκάφηκε χώρος, πιθανότατα δεξαμενή. Στο ΒΔ τμήμα του λουτρού βρίσκονται οι βοηθητικοί χώροι εξυπηρέτησης του λουτρού. Δυτικά του θερμού οίκου μικρός χώρος με κλιμακοστάσιο, το προπνιγείο, όπου υπήρχε η εστία πυροδότησης. Το κλιμακοστάσιο οδηγούσε σε χώρο όπου πρέπει να ήταν τοποθετημένος ο λέβητας για την παραγωγή ζεστού νερού που τροφοδοτούσε τους λουτήρες. Έξω από το προπνιγείο εντοπίστηκε χώρος απόρριψης των καταλοίπων της καύσης. Το προπνιγείο συνδεόταν με σύστημα υπόγειων κτιστών διαδρόμων και αγωγών με τοξωτή στέγαση για την κυκλοφορία του αέρα. Δεύτερο προπνιγείο εντοπίστηκε ανατολικά του μέσου οίκου. Πιθανότατα αυτό το δεύτερο εξυπηρετούσε το μέσο οίκο μόνον. Στο λουτρό εντοπίστηκαν τουλάχιστον δύο οικοδομικές φάσεις. Μια αρχική κατά τα αυτοκρατορικά χρόνια, χρονολόγηση στην οποία συνηγορούν μεταξύ άλλων και η μεγάλη πισίνα, τα τοξωτά στηρίγματα των υποκαύστων και οι αεραγωγοί ορθογώνιας διατομής και μια στα μέσα ή τέλη του 3ου αιώνα μ.Χ., κατά την οποία έγιναν επιδιορθώσεις και μικρές αλλαγές στην κάτοψή του, όπως το θρανίο του αποδυτηρίου, η δεξαμενή βόρειά του κ.λπ. Η χρήση του λουτρού συνεχίστηκε έως τις αρχές του 4ου αιώνα μ.Χ..Η λειτουργία του βαλανείου μέσα στον ιερό χώρο πρέπει να ήταν ιαματική - ένα θεραπευτήριο. Η θεραπεία και η ίαση από παλιά είχαν συνδεθεί με το νερό και το ρόλο αυτό έπαιζαν τα τελετουργικά λουτρά στα ιερά του Ασκληπιού. Το λουτρό πρέπει να συνδεθεί με τη λατρεία του Ασκληπιού που μαρτυρείται από τον 3ο ? 2ο αιώνα π.Χ., σύμφωνα με αναθηματική επιγραφή στη μονή του Αγίου Παντελεήμονος, που δημοσίευσε ο Μανόλης Βουτυράς. Η εύρεση χειρουργικών εργαλείων στο λουτρό και σε γειτονικούς χώρους βόρεια αυτού, ενισχύει την άποψη ότι το λουτρό πρέπει να λειτουργούσε ως θεραπευτήριο.Για πρώτη φορά μαρτυρείται το ιερό σε σχέση με ίαση από τον Ξενοφώντα, όταν ο Σπαρτιάτης Αγησίπολης, που αρρώστησε από ηλίαση το 379 π.Χ., κατά τις επιχειρήσεις στη Σιθωνία, θέλησε να καταφύγει στο ιερό του Διονύσου για να ιαθεί.