Το κτήριο παρουσιάζεται σε τρεις φάσεις, την κλασική, την ελληνιστική και τη ρωμαϊκή. Η πρώτη φάση είναι και η φάση κατασκευής του. Υπάρχουν αρκετές απόψεις αναφορικά με το εσωτερικό της Θόλου, αν δηλαδή είχε ανάκλιντρα ή καθίσματα για τους πρυτάνεις, οι οποίοι στεγάζονταν εκεί. Επίσης υπάρχει υπόθεση για την ύπαρξη εσωτερικού χαμηλού θρανίου. Μόνο η ύπαρξη και η διάταξη των κιόνων είναι σίγουρη, καθώς έχουν ανασκαφεί στη θέση τους οι βάσεις. Η σχεδίαση του κτηρίου δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες δυσκολίες, με εξαίρεση τη στέγη. Ο εξωτερικός τοίχος σχεδιάστηκε ως συμπαγής και χωρίς την παραμικρή διακόσμηση, με μια θύρα στην ανατολική πλευρά. Μια δεύτερη θύρα ανοίγεται στα βόρεια.
Η διάμετρος του κτηρίου είναι γνωστή καθώς σώζεται επιτόπου σε αρκετά καλή κατάσταση η στρώση των κατώτερων δόμων. Το συνολικό ύψος όμως μας είναι άγνωστο: ακολουθήθηκαν οι αναπαραστάσεις των ανασκαφέων. Κατά τον ίδιο τρόπο, υποθετικά ανασυστάθηκαν το άνοιγμα και το ύψος της θύρας. Ακολουθήθηκε η άποψη των ανασκαφέων για θύρα ανοίγματος 2,3 μ. Η στέγη είναι το κατεξοχήν προβληματικό στοιχείο στην αποκατάσταση του κτηρίου. Αναπαραστάθηκαν τα κεραμίδια της πρώτης φάσης που φέρουν διακόσμηση από ακροκέραμα, τα οποία έχουν βρεθεί, και μάλιστα διασώζουν και ίχνη χρώματος. Για τη διάταξη των κεραμιδιών ακολουθήθηκε μια πλέξη με έναν τριγωνικό στρωτήρα ανάμεσα σε δύο ρομβοειδείς κεραμίδες στο κάτω τμήμα της στρώσης. Σύμφωνα με την άποψη των ανασκαφέων, το ανώτερο τμήμα της στέγης καλυπτόταν με μέταλλο, επομένως πρέπει να ανοίγονταν παράθυρα για το φωτισμό του σε κάποιο άγνωστο ύψος [Thompson, H.A., The Tholos of Athens and its Predecessors (Hesperia Supplement 4, Princeton 1940). Travlos, J., Pictorial Dictionary of Ancient Athens (Princeton 1971), σελ. 553-561]. Σύμφωνα με μια άλλη άποψη, η στέγαση γινόταν με πλέξη από ρομβοειδείς κεραμίδες σε διαφορετικά μεγέθη και οπαίο στην κορυφή. [Miller, S.G., “Circular Roofing Systems and the Athenian Tholos”, Πρακτικά ΧΙΙ Συνεδρίου Κλασικής Αρχαιολογίας, Αθήνα, 4-10 Σεπτεμβρίου 1983 (Αθήνα 1988), Τόμος Δ΄, σελ. 134-139, πίν. 45-48]. Η αναπαράσταση αυτή, με τη σύμφωνη γνώμη και του αρχιτέκτονα της ανασκαφής R. Anderson, απορρίφθηκε. Αντίθετα, η στέγη αποκαταστάθηκε ως αιχμηρή, όπως αναφέρουν και οι φιλολογικές μαρτυρίες (Ησύχιος βλ. λ. «Θόλος»).
Ας σημειωθεί ότι οι ανασκαφείς δεν έχουν αποφασίσει ποια ακριβώς λύση προκρίνουν, καθώς στα γενικού χαρακτήρα έργα τους παρουσιάζουν και τις δύο [Mc Camp II, J., The Athenian Agora, A Short Guide to the Excavations, Excavations of the Athenian Agora, Picture Book no 16, American School of Classical Studies (Princeton 2003), σελ. 13 και The Archaeology of Athens, Yale University Press (New Haven – London 2001), σελ. 69-71 αντίστοιχα]. Αντίστοιχα στο χώρο της Αγοράς έχουν κατασκευαστεί μακέτες και με τις δύο λύσεις.
Στην Ελληνιστική περίοδο η στέγη κατασκευάστηκε ενιαία, από μέταλλο, ενώ αφαιρέθηκε η ταινία που περιέτρεχε τους τοίχους σε ύψος 1 μ. Για το μαγειρείο κατασκευάστηκαν η πρώτη και η τρίτη φάση (Ι και ΙΙΙ), σύμφωνα με την ορολογία των ανασκαφέων. Στη Ρωμαϊκή περίοδο οι όποιες αλλαγές δεν είναι ορατές, με εξαίρεση το μαγειρείο (φάση ΙV) και τη δυτική προσθήκη [Burden, J.Ch.,
Athens Remade in the Age of Augustus: A Study of the Architects and Craftsmen at Work, Dissertation, University of California (Berkeley 1998), σελ. 153-162]. Η στέγαση του κτηρίου αυτού και του μαγειρείου εικάστηκε ότι είναι μονόριχτη και επικλινής, όπως δικαιολογεί το μέγεθός του.
Θόλος, Τρισδιάστατη αναπαράσταση, κλασική περίοδος
Θόλος, Τρισδιάστατη αναπαράσταση, ελληνιστική περίοδος
