Uno de los grandes éxitos de la ingeniería romana fue la utilización del arco por influencia etrusca aunque ya se conocía desde la época mesopotámica. El arco que utilizan los romanos es el de medio punto, es decir el de forma semicircular.

La utilización del arco origina dos tipos de cubiertas: la bóveda y la cúpula, que los arquitectos romanos utilizaron con gran habilidad. Con ambas se superaban las limitaciones de espacio que imponían los techos con vigas de madera.

Los materiales utilizados fueron muy variados, pero las grandes innovaciones fueron el cemento o opus caementicium y el ladrillo. El cemento consistía en una mezcla de cal, arena, cascotes y piedras ligeras, que permitía una construcción rápida y crear multitud de formas como las inmensas bóvedas y cúpulas. En cuanto al ladrillo, los griegos utilizaron ya el adobe o barro, sin embargo los romanos se dieron cuenta que al cocerlo era más resistente y por lo tanto duraba más.

El uso de la piedra se concretiza de formas muy distintas: bien en sillares regulares o opus quadratum que se disponían frecuentemente a soga y tizón, es decir unos sillares se colocan paralelos y otros perpendiculares al muro, o bien en piezas más pequeñas e irregulares con dos formas típicas: el opus reticulatum a base de piezas de forma piramidal e incrustadas en el muro o el opus vittatum formado por piezas paralepípedas.

Todos estos materiales constructivos se recubrían con materiales nobles. Algunos de las construcciones que se han conservado eran enteramente de mármol, pero esto era un lujo sólo al alcance de los emperadores, por lo que eran mucho más frecuente los revestimientos de mármol.