Devant les thermes se trouve le gymnase, une grande cour rectangulaire aux côtés plus courts et incurvés, entourée sur les quatre côtés d'un portique à colonnes corinthiennes cipolines. Sur le côté nord se trouvent deux exèdres rectangulaires à abside, avec un péristyle, tandis que le côté sud du portique fait face à l'entrée des thermes, devant laquelle se trouvent quelques fragments de l'inscription dédicatoire des thermes, dans laquelle apparaissent les noms de l'empereur Hadrien, du proconsul Valerius Priscus et de son légat Popilius Celer. Les thermes de Leptis Magna sont du type à axe central, c'est-à-dire que les salles principales sont disposées le long d'un seul axe longitudinal, sur les côtés duquel les autres salles sont disposées symétriquement. L'entrée mène à la natatio, un grand bassin extérieur, entouré sur trois côtés par un portique de colonnes corinthiennes en brèche rose. Les marches de la piscine étaient entièrement recouvertes de dalles de marbre, tandis que le fond était recouvert d'une mosaïque grossière. De la natatio, on passait par quatre portes dans un couloir entourant le frigidarium. Cette salle était pavée et recouverte de marbre et son plafond était décoré d'une mosaïque de tesselles de pâte de verre. Aux deux extrémités de la salle se trouvaient les bains, également recouverts de marbre. Le long des murs entourant ces bains se trouvent des niches. Le long du mur sud du frigidarium (à droite de l'entrée du tepidarium) sont conservés des fragments d'une inscription qui mentionne la restauration du frigidarium et d'autres parties des thermes. Une ouverture au centre du mur sud du frigidarium constitue l'entrée du tepidarium, caractérisé à l'origine par un seul bassin central décoré sur deux côtés par des colonnes de marbre gris. Deux autres petits bassins ont été ajoutés plus tard dans ce qui était le côté sud du couloir entourant le frigidarium.