Le bâtiment se compose d’une cour intérieure (23 x 26 m) entourée sur trois côtés de portiques d’une largeur de 3,5 à 4 m, derrière lesquels se développent, avec une remarquable symétrie, de vastes pièces rectangulaires. L’entrée principale de la palestre se trouvait probablement du côté sud, encore non fouillé. Au Ier siècle apr. J.-C., un bassin d’eau froide destiné aux athlètes fut aménagé sur le côté nord de la cour, avec des extrémités étroites en abside. À la même période, des bains furent intégrés avec une parfaite symétrie dans les parties nord-est et nord-ouest de la palestre, remplaçant probablement les installations balnéaires antérieures de l’époque classique. Étroitement liés à l’institution de la gymnastique en tant que système éducatif et à l’idéal du « kalos kagathos », les gymnases ont joué un rôle déterminant dans la formation physique et intellectuelle des jeunes. Progressivement, ils évoluèrent en importants centres intellectuels. Au IVe siècle av. J.-C., les premières écoles philosophiques — en réalité les premiers « universités » — y furent fondées : dans la région du Lycée, Aristote fonda son école en 335 av. J.-C. et y enseigna pendant environ douze ans, les plus créatifs de sa vie. Le site archéologique du Lycée constitue l’un des lieux les plus importants de l’histoire de l’esprit humain. L’imposant édifice intellectuel d’Aristote et de son école a synthétisé toutes les recherches philosophiques et scientifiques du monde antique et a exercé une influence incalculable sur la formation de la théologie patristique chrétienne. Pendant dix-huit siècles, jusqu’à la Renaissance, Aristote fut considéré comme l’incarnation même de la sagesse humaine et l’autorité incontestée dans presque tous les domaines du savoir. La palestre du Lycée a été mise au jour en 1996.