En su construcción se emplearon diversos materiales, tales como el travertino procedente de Mula, calizas grises de la zona del Mar Menor, mármoles del círculo de Carrara y del Cabezo Gordo (Torre Pacheco) y areniscas amarillas de la localidad cartagenera conocida como Canteras precisamente por ser el lugar donde se extraía este material, conocido en la ciudad como "tabaire".
El Teatro tiene una cavea semicircular de 87,90 metros de diámetro, dividida en sectores o cunei por 5 escaleras radiales de acceso a los asientos enlosados de las gradas. Las 13 gradas inferiores conforman la inma cavea, separada por un pequeño pasillo, praecintio, de las 5 gradas de la media cavea y las 6 gradas de obra de la summa cavea o "gallinero".
En el interior de la Catedral antigua y por la antigua calle del Sepulcro, encontramos el muro perimetral del graderío -cerrando la summa cavea-, marcando un desnivel global entre 17 y 19 metros.
La orquesta es un semicírculo de 13 metros de diámetro, al que se accede por dos aditus (pasillos) laterales muy bien conservados desde los parascenia y de los jardines post-scaena. En su interior se distingue un pasillo y las 3 filas de la proedria, separadas por un petril de marmol, reservadas a sillones para los personajes más importantes de la ciudad.
Se ha excavado asimismo el frons pulpiti, recorrido por una gran canalización subterránea de 1,50 por 0,80 metros, destinado a las recogidas pluviales, que luego alimentaría aljibes subterráneos y las fuentes de los jardines posteriores. Del escenario resta muy poco, ocupado por tabernas tardorromanas, pero en su relleno se reconocen las habitaciones interiores de la tarima de madera y los espacios para telones y tramoya.
El fondo escénico, irons scaena, ha desaparecido totalmente, y sólo resta su cimiento de opus caementicium, con huellas de las 3 valvas-exedras, pero a partir de los materiales arquitectónicos se puede reconstruir su altura, 16 metros en 2 pisos, decorados con un bello juego de colores en nichos y columnas (24 columnas por piso).
Hasta la fecha se han recuperado 28 capiteles corintios de mármol blanco lunense, tallado en un conocido taller de Roma y exportado a Carthago-Nova como donación imperial a la obra, casi 40 ml. de fustes de columnas de travertino rosaceo (de Mula) y unos 10 mi. de basamentos en mármol blanco.
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