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E' un grande ambiente che per la pianta ottagonale all'esterno, circolare all'interno, per la distribuzione alterna di nicchie absidate e rettangolari, ricorda il piano inferiore dell'altra più grande rotonda del Tempio di Apollo sul Lago d'Averno; otto grandi finestre, delle quali cinque ancora conservate, si aprono al di sopra delle nicchie absidate.
Il monumento appare interrato fino al di sotto del piano delle finestre e distrutto in tutta la sua parte anteriore.
L'analogia con le altre sale circolari di Baia fa supporre che il Tempio di Diana fosse un grande sudatorio o una grande piscina di raccolta di acque termali.
Quest'ultima ipotesi sembra essere avvalorata dal fatto che la sala si trovi addossata al fianco della collina per meglio intercettare il flusso delle sorgenti.
Gli altri edifici intorno semisepolti e poco riconoscibili, facevano parte dell'impianto termale di cui il Tempio di Diana veniva ad essere la parte essenziale e più cospicua.