Οι μεγάλες Θέρμες, τα δημόσια δηλ. λουτρά του Δίου, στα νότια της πόλης, προφυλαγμένες από τους βοριάδες και σε άμεση επικοινωνία με την κεντρική λεωφόρο, υποδέχονταν τον επισκέπτη που έμπαινε, όπως και σήμερα, στην πόλη από τη νότια πύλη. Κτίστηκαν γύρω στο 200 μ.Χ., για να αποτελέσουν όχι απλά ένα μεμονωμένο λουτρικό οικοδόμημα, αλλά ένα συγκρότημα που θα λειτουργούσε ως νέος πυρήνας της δημόσιας ζωής.

Αποτελούνταν από ένα ευρύχωρο αίθριο στο κέντρο, το οποίο περιβαλλόταν από καταστήματα και εργαστήρια, δημόσιες τουαλέτες, χώρους αναψυχής και λατρείας, καθώς και ένα μικρό θεατρικό κτίσμα. Η αυλή των θερμών λειτουργούσε και ως χώρος άθλησης, ενώ το ωδείο ήταν χώρος τέλεσης καλλιτεχνικών δραστηριοτήτων.

Το κυρίως κτίριο, στο οποίο κανείς έφτανε, αφού διέσχιζε την υπαίθρια αυλή, και αφού άφηνε στα δεξιά του το ωδείο, διέθετε πισίνες, αποδυτήρια, χώρους θερμαινόμενου και ψυχρού νερού, αίθουσες ανάπαυσης, δωμάτια εφίδρωσης και μάλαξης. Πυκνό δίκτυο υδροδότησης και αποχέτευσης διέτρεχε το υπέδαφος και ένα επιτηδευμένο σύστημα υποκαύστων εξασφάλιζε την απαραίτητη θερμότητα στους χώρους που την χρειαζόταν.

Στη βόρεια πτέρυγα του συγκροτήματος βρέθηκε ένα μοναδικό σύνολο γλυπτών, μαρμάρινα αγάλματα του κύκλου του Ασκληπιού, το οποίο δίνει έναν ιδιαίτερο χαρακτήρα στις θέρμες του Δίου, καθώς τονίζεται η θεραπευτική ιδιότητα του νερού. Τα ψηφιδωτά δάπεδα, τα μαρμαροθετήματα στα δάπεδα και τα αγάλματα θεοτήτων και νυμφών, στημένα κάποτε σε διακοσμητικές κόγχες, προσέδιδαν στους χώρους των θερμών πολυτέλεια και μνημειακό χαρακτήρα.