Bygningen består af en indre gård (23 × 26 m), som på tre sider er omgivet af søjlegange med en bredde på 3,5 til 4 m, bag hvilke der med bemærkelsesværdig symmetri ligger rummelige, rektangulære værelser. Hovedindgangen til palæstraen lå sandsynligvis på sydsiden, som endnu ikke er udgravet. I det 1. århundrede e.Kr. blev der på nordsiden af gården anlagt et koldt vandbassin til atleterne med apsisformede ender. Samtidig blev der i den nordøstlige og nordvestlige del af palæstraen indbygget badeanlæg med fuldstændig symmetri, som sandsynligvis erstattede ældre bade fra klassisk tid. Tæt forbundet med gymnastikken som uddannelsessystem og idealet om “kalos kagathos” spillede gymnasierne en afgørende rolle i de unges fysiske og åndelige dannelse. Med tiden udviklede de sig til vigtige intellektuelle centre. I det 4. århundrede f.Kr. blev de første filosofiske skoler grundlagt i gymnasierne – i praksis de første universiteter: I Lykeion-området grundlagde Aristoteles i 335 f.Kr. sin skole og underviste dér i omkring tolv år, den mest produktive periode i hans liv. Det arkæologiske område ved Lykeion er et af de vigtigste steder i menneskets intellektuelle historie. Aristoteles’ og hans skoles monumentale intellektuelle værk sammenfattede hele den antikke verdens filosofiske og videnskabelige søgen og fik enorm betydning for udviklingen af kristen patristisk teologi. I 18 århundreder, frem til renæssancen, blev Aristoteles betragtet som indbegrebet af menneskelig visdom og en ubestridt autoritet inden for næsten alle vidensområder.