Οι «Μεγάλες Θέρμες», με έκταση πάνω από 2.000 τ.μ., είναι το μεγαλύτερο κτίριο δημόσιων θερμών στο Δίον, αλλά και το καλύτερα διατηρημένο συγκρότημα αυτού του τύπου στη ρωμαϊκή Μακεδονία. 

Η είσοδος των λουτρών βρίσκεται στην ανατολική πλευρά του συγκροτήματος. Ένας στενός προθάλαμος οδηγούσε σε μία ευρύχωρη αίθουσα υποδοχής με ψηφιδωτά δάπεδα, όπου ήταν στημένες προτομές διακεκριμένων ανδρών της τοπικής κοινωνίας, όπως ο φιλόσοφος Ερεννιανός. Νότια της εισόδου υπήρχε το αποδυτήριο και ακολουθούσαν οι θερμαινόμενοι χώροι για το χλιαρό και το θερμό λουτρό. Το δάπεδο των θερμαινόμενων χώρων στηριζόταν σε έναν υπόγειο κάνναβο πεσσίσκων, το “υπόκαυστον”. Στο υπόκαυστο και ανάμεσα στους τοίχους του κτηρίου κυκλοφορούσε ζεστός αέρας, που παραγόταν από την καύση ξύλων σε καμαρωτά ανοίγματα των εξωτερικών τοίχων και έφθανε μέχρι την οροφή του κτηρίου. Στη δυτική πλευρά της μεγάλης αίθουσας υπήρχε μία μεγάλη κολυμβήθρα για το ψυχρό λουτρό. 

Η βόρεια πτέρυγα με τα ψηφιδωτά δάπεδα και τους μαρμάρινους κίονες περιλάμβανε αίθουσες προορισμένες για αναψυχή και κοινωνική συναναστροφή. Το ανατολικό δωμάτιο ήταν αφιερωμένο στη λατρεία του θεού Ασκληπιού. Εκεί βρέθηκαν θραύσματα γλυπτών που απεικόνιζαν τον Ασκληπιό και μέλη της οικογένειάς του: τη σύζυγό του Ηπιόνη, τους γιους του Μαχάονα και Ποδαλείριο και τις κόρες του Υγιεία, Αίγλη, Πανάκεια, Ακεσώ και Ιασώ.