قوس مقعر

فضای وسیع داخلی دارای سازه‌ای بسیار پیچیده‌است. سالن اصلی کلیسا با گنبدی مرکزی با شعاعی ۲۴/۳۱ متری و ارتفاع ۶/۵۵ متری پوشیده شده‌است. این گنبد به نظر می‌رسد با یکسری سقف‌های متوالی حاوی ۴۰ پنجره کمانی در زیر آن بدون وزن در فضا قرار گرفته‌است. وجود این پنجره‌ها باعث ورود سیل‌وار نور از همه طرف به داخل سالن می‌گردد. با توجه به ترمیمات متعدد گنبد در طول قرن‌ها به نظر می‌رسد که گنبد حالت دایره‌ای کامل خود را از دست داده و بیشتر به یک بیضی می‌ماند که شعاع آن در نقاط مختلف بین ۸۶/۳۰ تا ۲۴/۳۱ متر می‌باشد. ارتفاع گنبد بزرگ این مسجد از سطح زمین ۵۵ متر و قطر آن ۳۱ متر می‌باشد که به وسیلهٔ ۴۰ پشت‌بند بزرگ و روی چهار ستون اصلی سوار شده‌است. گنبد بر روی طاسچه‌های قرار گرفته تا ۴ بخش مقعر (واگرا) مستطیلی که مشکل قرار گرفتن پایه مدور گنبد بر روی یک پایه مستطیلی را حل می‌نماید. وزن عظیم گنبد ایا صوفیا از طاقچه‌ها عبور کرده و به ۴ موج شکن تا سشه‌های سالن منتقل می‌شوند. در بین این ۴ ستون، گنبد به نظر می‌رسد که بر روی ۴ قوس عظیم شناور گردیده‌است. این قوس‌ها در زمان عثمانیان (Ottoman) زیر نظر معمار سنان با استفاده از تعدادی آرماتور مستحکم گردیده بودند. در انتهای بخش غربی (ورودی) و شرقی (محل عبادت) فضاهای موجود در قوس‌ها دارای نیمه گنبدهایی می‌باشند که خود آن‌ها بر روی سازه‌های شبیه به گنبدهای دیگری قرار گرفته‌اند. همه این گنبدها و شبهه گنبدها به ترتیبی که در کنار هم قرار گرفته‌اند باعث به وجود آمدن فضای مستطیلی و دراز درونی می‌گردند که گنبد اصلی شامل تاجی بر روی همه آن‌ها قرار گرفته‌است.