Τα δημόσια λουτρά (balnea ή thermae) είναι ένα από τα πιο χαρακτηριστικά στοιχεία του αστικού τοπίου των αυτοκρατορικών πόλεων, από τις χώρες του βορρά ως την Ασία και την Αφρική. Συνήθως καταλαμβάνουν μια μεγάλη περιοχή, διαθέτουν πολλούς χώρους χτισμένους με πολυτέλεια και κοσμημένους με ψηφιδωτά και γλυπτά. Στον περιβάλλοντα χώρο τους, υπήρχαν βιβλιοθήκες, χώροι άσκησης και κήποι. Χτίζονταν συνήθως με έξοδα κάποιου χορηγού: ενός πλούσιου πολίτη, κάποιου αξιωματούχου της τοπικής ή κεντρικής διοίκησης ή από μέλη της αυτοκρατορικής οικογένειας. Η σύνδεση των λουτρών με το Υδραγωγείο εξασφάλιζε την συνεχή υδροδότηση, ενώ το αποχετευτικό σύστημα διασφάλιζε την απορροή του νερού.
Οι πλούσιοι πολίτες διέθεταν ιδιωτικά λουτρά, μικρογραφίες των δημόσιων, στις οικίες και τα εξοχικά τους. Ερείπια ρωμαϊκών λουτρικών εγκαταστάσεων έχουν εντοπιστεί στις πόλεις και την ύπαιθρο ολόκληρης της ελληνικής επικράτειας.
Οι κεντρικές Θέρμες
Η ονομασία Κεντρικές Θέρμες αναφέρεται σε εκτεταμένα ερείπια του βορειοανατολικού τομέα της πόλης, τα οποία στον τοπογραφικό χάρτη του Φιλαδελφέως σημειώνονται με την ένδειξη «λουτρά». Η κάτοψή τους περιλαμβάνεται στον χάρτη της βυζαντινής πόλης που εκπόνησαν άγνωστοι Ιταλοί στρατιώτες των ιταλικών δυνάμεων κατοχής το 1942. Διερευνητική ανασκαφική έρευνα το 2001 αποσαφήνισε τα περιγράμματα των χώρων στα σημεία όπου οι διάφοροι τοίχοι προβάλλουν πάνω από τη σημερινή επιφάνεια του εδάφους. Το οικοδόμημα φαίνεται να εντάσσεται στον πολεοδομικό ιστό της πόλης, με τη νότια πλευρά του να εκτείνεται πιθανότατα κατά μήκος του decumanus, ο οποίος κατέληγε στην Ανατολική Πύλη.
Οι χώροι του συγκροτήματος, των οποίων διακρίνονται τα περιγράμματα, αναπτύσσονται βόρεια και δυτικά μιας επιμήκους αίθουσας. Στις μακριές πλευρές της διαμορφώνονταν εννέα θολωτοί χώροι, πέντε στην ανατολική πλευρά και τέσσερις στη δυτική. Η αίθουσα είχε ψηφιδωτό δάπεδο, που διατηρεί ταινίες με πλοχμό και άλλα γεωμετρικά σχήματα τα οποία πλαισιώνουν μεγάλα διάχωρα, σε ένα από τα οποία απεικονίζονται δελφίνια.
Άνοιγμα θύρας στο νότιο τοίχο της αίθουσας, οδηγούσε σε χώρο, ο οποίος πιθανώς να συνδεόταν με την κύρια είσοδο των θερμών και η λειτουργία του οποίου παραμένει αδιευκρίνιστη. Εξωτερικά της νοτιοδυτικής γωνίας της αίθουσας τοιχοποιίες μεταγενέστερων προσκτισμάτων, χρονολογούνται πιθανότατα στους παλαιοχριστιανικούς χρόνους. Δύο ανοίγματα θυρών στον βόρειο τοίχο της αίθουσας οδηγούσαν σε επιμήκη ορθογώνια αίθουσα. Στο κέντρο του ανατολικού τοίχου της διαμορφώνεται ημικυκλική κόγχη (πλάτους 2μ.), η οποία θα εκοσμείτο με άγαλμα, όπως συνηθιζόταν σε αντίστοιχους χώρους λουτρών. Στο ανατολικό τμήμα της αίθουσας, κάτω από την κόγχη, βρίσκεται ορθογώνια πισίνα. Κατά μήκος της δυτικής πλευράς της υπήρχαν σκαλοπάτια που διευκόλυναν την κάθοδο των λουομένων. Τα τοιχώματα της πισίνας, όπως και τα σκαλοπάτια, ήταν επενδεδυμένα με μαρμάρινες πλάκες, ενώ το δάπεδό της ήταν στρωμένο με ψηφιδωτό. Στη δεύτερη οικοδομική φάση το μήκος της πισίνας περιορίστηκε με δύο εγκάρσιους τοίχους, οι οποίοι ήταν πρόχειρα κτισμένοι με αργούς λίθους, θραύσματα πλίνθων και κεράμων. Κατά μήκος της δυτικής πλευράς της πισίνας υπήρχε κιονοστοιχία από τέσσερις μονολιθικούς κίονες από καρύστιο λίθο (cipolino verde), οι οποίοι βρέθηκαν πεσμένοι σε κομμάτια μέσα στην πισίνα. Τους κίονες επέστεφαν κορινθιακά κιονόκρανα από λευκό μάρμαρο. Στο εσωτερικό της πισίνας εντοπίστηκε πήλινη κυκλική σφραγίδα που φέρει στο κέντρο σταυρό εγγεγραμμένο σε κύκλο, περιμετρικά του οποίου αναγράφεται ανάστροφα η εξής επιγραφή: ΚΕΒΟΗΘΙΓΙΟΡΓΙ (Κύριε βοήθει Γεώργιον).
Βορειοδυτικά της πρώτης αίθουσας εντοπίζονται τρεις μικρότερες ορθογώνιες αίθουσες, δύο από τις οποίες επικοινωνούσαν άμεσα με την πρώτη.
Το κυρίαρχο σύστημα δόμησης των Κεντρικών Θερμών είναι το opus testaceum. Τοίχοι με διαφορετικό τρόπο δόμησης, όπως μεικτό σύστημα από αργολιθοδομή και σειρές πλίνθων ή αργολιθοδομή με θραύσματα πλίνθων και κεράμων, αποτελούν μεταγενέστερες προσθήκες και επισκευές.
Λόγω της έλλειψης επαρκών ανασκαφικών δεδομένων, ο χρόνος ανέγερσης των θερμών δεν είναι σαφής. Ωστόσο, ορισμένα στοιχεία, όπως το κορινθιακό κιονόκρανο που βρέθηκε μέσα στην πισίνα μαζί με πολλά θραύσματα όμοιων κιονοκράνων, καθώς και η κάτοψη του συγκροτήματος, συνηγορούν υπέρ μιας χρονολόγησης περίπου στα τέλη του 2ου/αρχές του 3ου αι. μ.Χ., επί βασιλείας Σεπτιμίου Σεβήρου (193-211 μ.Χ.).
Τα λουτρά ήταν σε χρήση και κατά τους παλαιοχριστιανικούς χρόνους, και δεν αποκλείεται η πισίνα του συγκροτήματος να λειτούργησε ως βαπτιστήριο. Λόγω της υψομετρικής διαφοράς μεταξύ της στάθμης των κτιστών δεξαμενών, κάτω από την Οικία του εκδίκου Γεωργίου, και της στάθμης των αιθουσών στις κεντρικές θέρμες, είναι πιθανό οι Κεντρικές Θέρμες να τροφοδοτούνταν από τα νερά των δεξαμενών, όταν το Υδραγωγείο της Νικόπολης είχε περιέλθει σε αχρηστία.