Римские термы, которые располагаются в юго-восточной части Варны, занимали площадь более 7000 кв.м и являлись самым большим античным общественным сооружением на территории Болгарии. Архитектурный стиль и обнаруженные в районе терм монеты свидетельствуют, что они были построены к концу II - началу III века и действовали до конца III века. Во II веке Одессос был важным экономическим и культурным центром Черноморского побережья и римской провинции Нижняя Мизия. К концу века процветающий город мог себе позволить возвести огромное по тем временам здание и поддерживать его. Посещение терм было ежедневным ритуалом римских граждан. Кроме помещений для купания, здесь были залы для гимнастики и спорта (палестры), для встреч и бесед, отдыха и т.д. Помимо закрытого зала, в термах была настоящая палестра - просторный двор, окруженный колоннадами и магазинами. В варненских термах палестра находилась с северной стороны здания, а с большим залом ее связывала лестница.

Здание одесских терм было симметричным в плане, а расположение помещений отвечало рекомендациям римского архитектора Витрувия, согласно которым теплые помещения должны были смотреть на юг. Посредине южного фасада размещался калдарий - зал для купания в горячей воде. Оба входа в термы располагались с северной стороны. По широкой лестнице можно было попасть в вестибюли, которые предупреждали проникновение холодного воздуха в раздевальни. Сами раздевальни (аподитерии) были довольно вместительными. Пока одесские граждане купались, их рабы оставались здесь и сторожили одежду и драгоценности хозяев.

Самая высокая сохранившаяся часть терм - Римская башня - являлась одной из стен западного аподитерия. Первым этапом купания была так называемая короткая баня - купающиеся сначала попадали во фригидарии (залы для купания в холодной воде), затем в тепидарий (купание в теплой воде), чтобы приготовиться к основному купанию в калдарии - в горячей воде. В абсиде калдария был большой бассейн и еще два поменьше у стен, причем во все три вода поступала из котельных. Те, кто хотел продолжить "по полной программе", снова переходили в тепидарий, а затем и во фригидарий. Таким образом тело освежалось и подготавливалось к выходу в холодные помещения терм. Расположение залов исключало одновременное купание мужчин и женщин.

В термах были и свои служебные помещения и сооружения. В южной части находился префундий - там нагревались вода и воздух. В теплых помещениях пол был двойным. Верхний его слой стоял на вертикальных глиняных трубах. В пространстве между трубами циркулировал горячий воздух, нагревавший пол. Таким же образом нагревались и сами помещения: горячий воздух проходил между непосредственно стенами и их мраморной облицовкой.

Вдоль восточной и западной стен располагались галереи, которые использовались под дровяные склады, а с южной стороны находилась латрина - туалетное помещение. Над галереями были магазины. С северной стороны, под палестрой, была вкопана цистерна для воды, от которой по каменным желобам вода текла в префурний (котел). По керамическим трубам вода поступала в краны и бассейны. Под полом проходили канализационные каналы. Они располагались под таким углом, чтобы использованная вода уходила в море.

Само здание имело в высоту около 20 м (сохранившаяся часть - Римская башня - 18 м) и было построено из камня и кирпича. Лестницы и пороги состояли из больших каменных блоков. Снаружи и внутри здание украшали мраморные колонны, карнизы и другие архитектурные элементы. И в самом большом зале, и в других помещениях, наряду с обязательными для любой бани кранами и фонтанами,  были установлены статуи видных граждан и римских богов. Наступивший в III веке социальный и политический кризис в Римской империи не пощадил и Одессос. Поддержка терм обходилась слишком дорого и они были заброшены. Камни и декоративные элементы растащили и использовали для строительства других зданий, среди которых были и малые одесские термы IV века.