Im apodyterium, dem Umkleideraum, entkleidete man sich und verstaute seine Kleidung in den in die Wand eingelassenen, abschließbaren Nischen, den loculi, oder gab sie seinem Sklaven oder dem Capsarius (Sklave, der die Kleidungsstücke bewacht) zur Aufbewahrung.
Die Temperatur in den einzelnen Räumen entsprach vermutlich der in den türkischen Hammm, wie auch der Ablauf der Badeprozedur ähnlich beschrieben wird.
Als erstes kühlte man sich im frigidarium, dem Kaltbaderaum, ab und sprang dort in das Kaltwasserbecken. Das frigidarium war der größte Raum der Thermen und daher vermutlich der Hauptaufenthaltsraum. In den Caracalla-Thermen befanden sich dort 1600 Marmorsessel, auf denen man sich sitzend mit kaltem Wasser begießen lassen konnte. Hier befanden sich auch kleine Becken (piscina). Man reinigte sich mit dem strigilis und ließ sich nach dem Bad im aleipterion (lateinisch: unctuarium) einölen und massieren. Das frigidarium der Diokletiansthermen ist als Kirchenraum bis heute erhalten. Angeschlossen an das frigidarium war die palaestra, der Sportplatz, so dass man sich nach der körperlichen Ertüchtigung, etwa durch Ballspiele oder Muskeltraining mit Hanteln, gleich im kalten Wasser erfrischen konnte. Große Bäder boten zusätzlich ein richtiges Schwimmbecken (natatio) an, teilweise sogar überdacht, die allerdings nur so tief waren, dass man immer stehen konnte, da nur wenige Menschen das Schwimmen beherrschten.
Darauf folgte das ebenfalls durch Hypokausten beheizte tepidarium mit milder Hitze. Das tepidarium enthielt meist kein Becken. Es isolierte die beheizten Räume von den kalten und erleichterte so die Anpassung.
Anschließend betrat man das caldarium, den durch Hypokausten und Wandheizungen geheizten, meist nach Süden hin gelegenen Heißbaderaum mit Heißwasserbecken. Die Bodentemperatur konnte dort leicht über 50 °C betragen, weshalb man im Bad Holzschuhe trug. Im caldarium gab es meist Apsiden, in denen sich die mit 40 °C heißem Wasser gefüllten Wannenbäder befanden. Während man den Ausblick durch die großen Fenster genoss, konnte man sich von einem Sklaven mit warmen Güssen überschütten lassen.
Schließlich gab es in einigen Bädern noch ein laconicum oder sudatorium, ein Schwitzbad mit trockener Hitze ohne Becken, das durch einen Holzkohleofen beheizt wurde und deshalb viel heißer wurde als das caldarium. Luxusbäder enthielten zudem Imbisse und Läden, Bibliotheken und Vortragssäle sowie Wandelhallen, Ruhesessel und Gartenanlagen zur seelischen Zerstreuung. Zumindest in den Heilbädern hatten auch Ärzte ihre Praxisräume in Nebenräumen der Thermen. Latrinen waren fast immer Bestandteil der Thermenanlage.