C’est l’espace le plus chaud de l’ensemble ; il pouvait y régner une température supérieure à 40 ou 50 degrés centigrades, dans une atmosphère saturée de vapeur. Aujourd’hui, on le qualifierait de « sauna ». L’air était chauffée à l’intérieur d’un four situé dans une salle attenante, puis envoyée vers le caldarium à travers un hypocauste, c’est-à-dire une chambre souterraine connectée au four. Le caldarium comportait un petit bassin dans l’angle sud-est de la chambre, peu profond et, comme les bains musulmans, dénué de marches pour y descendre.

Une conduite en céramique vitrifiée encastrée dans l’un des murs avait pour fonction de faciliter la circulation de l’air chaud en provenance de l’hypocauste.

À la fin du XX^e siècle, diverses interventions archéologiques ont permis de mesurer la complexité constructive du caldarium, du four et de l’hypocauste, dont le fonctionnement fait aujourd’hui encore l’objet d’un certain nombre d’interrogations.