Таких колонн в соборе больше сотни, причём малахитовые колонны нижних боковых арок имеют диаметр 1,33 м. Своды нартекса, а также некоторые другие части здания при Юстиниане были украшены декоративными мозаиками с символическим изображением креста. Поверхность стен над аркадами и колоннами и капители покрыты изумительным по тонкости кружевным, выполненным в мраморе узором. Позднее, на протяжении IX–XIII вв., храм внутри украшался мозаичными росписями, содержащими различные религиозные композиции и портретные изображения императоров и членов их семей. Все эти мозаики, закрашенные турками после взятия Константинополя, ныне раскрываются в процессе реставрационных работ. Историк архитектуры Н.И. Врунов определил главную идею этого сооружения как «водружение купола Пантеона на базилику Максенция», т.е. соединение форм двух крупнейших построек Древнего Рима. Византийские зодчие действительно заимствовали римский купол, но в качестве опор впервые использовали не массивные стены, а четыре угловых устоя с остроумным «гашением» тяжести свода посредством связанной системы парусов и малых куполов (это удалось им не сразу, хотя Анфимий и Исидор известны как авторы математических трактатов). Пересечение образовавшихся внутренних пространств создавало в плане форму креста. В дальнейшем эта конструкция стала типичной для всей христианской архитектуры – на Западе более распространена базилика в форме удлинённого «латинского креста», на Востоке – равноконечного «греческого». Позднее (в эпоху готики) в западноевропейских кафедральных соборах было закреплено замечательное соответствие содержания и формы, которое говорит о зрелости художественного стиля. Византийские церкви были ещё тяжеловатыми и грубыми, но в них уже были все элементы, получившие затем столь блестящее развитие. Так, в храме Святой Софии применены наружные контрфорсы, ослабляющие боковой распор перекрытия. Планировка исключительно рациональна и основывается на сочетании квадратов, кругов и простых целых чисел, что сообщает внутреннему пространству образ спокойствия, устойчивости, величия. Огюст Шуази писал о византийской архитектуре, озаглавив посвященную ей главу «Обновление античного искусства»: «Во всём чувствуется та же чёткость, что и в греческом искусстве». Одним из открытий, а вернее, усовершенствованием древней восточной архитектуры, была византийская аркада на колоннах. Римляне почти никогда не опирали арки непосредственно на колонны. В римской «архитектурной ячейке» арки через импосты опираются на квадратные столбы, а колонна приставляется снаружи для красоты. Византийцы вслед за арабами сделали колонну несущим элементом аркады (древние греки предпочитали плоские, архитравные перекрытия). С XI в. в Армении и Сирии стала применяться стрельчатая арка – лишь через два столетия она появится в западноевропейских готических храмах. В XV–XVI вв. архитекторы Итальянского Возрождения «открыли» для себя мотив аркады на колоннах, по недоразумению приняв его за античный. Византийцы изобрели и собственную капитель, существенно отличающуюся от античной и «лучше приспособленную для несения тяжести». Она представляет собой сочетание куба и шара – абсолютно симметричную форму полушария, скошенного со всех четырёх сторон вертикальными плоскостями (кубоватая капитель). Столь мощная капитель возникает «одновременно с появлением арки на колоннах и находит себе систематическое применение исключительно в архитектуре Византийской империи». Колонна в византийской архитектуре перестала быть «изображением опоры», как в Древней Греции, но также утратила значение декоративного элемента по древнеримскому обычаю. Она превратилась в прозаический элемент строительной конструкции, стала просто опорой. Отсюда и новое отношение к ней мастеров, которые перестали делать энтазис и высекать каннелюры, не считали зазорным использовать в одной аркаде колонны разной высоты и толщины, с различными капителями (колонны заимствовали из разбираемых античных построек и уравнивали по высоте с помощью баз или импостов). Ордер перестал быть художественным образом строительной конструкции. Даже в тех случаях, когда капитель сохраняла вид античной, она покрывалась сплошным рельефным орнаментом или причудливыми скульптурными изображениями. Интерьеры византийских церквей насыщены цветом. Сила фресковых росписей в полутёмных интерьерах храмов оказывалась недостаточной. Византийские мастера стали применять мозаику на куполах и сводах и облицовку разноцветным полированным мрамором для пола и нижней части стен. Колонны делались из мрамора ярких цветов. В отличие от античных мозаик, набиравшихся из морской гальки или кубиков мрамора и украшавших пол здания, византийцы, используя достижения восточного стеклоделия, с IV в. стали применять глушёное стекло – смальту.