Не менее значительную роль полукупола Софии сыграли и в отношении архитектурно — конструктивном. Огромный купол Софии создаёт очень сильный распор. В южном и северном направлениях распор погашается мощными столбами, по два с каждой стороны. Своды боковых нефов, расположенные в двух ярусах, участвуют в погашении распора купола в том же направлении. В восточном и западном направлениях распор погашается полукуполами. Выдающееся значение такого решения заключается в том, что полукупола выполняют свою конструктивную роль, не загромождая интерьера главной части и не нарушая его целостности.
Замечательно и художественное значение Системы купола и полукуполов Софии. Эта система одновременно решает целый комплекс художественных проблем.
Полукупола все вместе образуют геометрическую фигуру, приближающуюся к овалу. Именно этим они создают промежуточное связующее звено между базиликой и центрическим зданием. В принципе образованы три вписанных друг в друга фигуры, постепенно переходящие одна в другую : прямоугольник основного очертания плана, овал полукуполов и окружность купола. Овал служит переходом от прямоугольника к окружности.
В конкретном пространственном выражении эта схема принимает особенно законченную и органическую форму. Полукупола продолжают ритм нарастания пространства интерьера от боковых нефов к центральному. По мере развития полукуполов в направлении купола пространство нарастает вплоть до кульминационной точки в центре. В обратную сторону центральное пространство под куполом постепенно ниспадает в обе стороны и сменяется далее пространством боковых нефов.
Сравнение Софии и Пантеона вскрывает коренное отличие между ними в трактовке купола. В Пантеоне подкупольное пространство статично, это замкнутый огромный в своей компактности кусок пространства, твёрдо очерченный стенами и куполом. В Софии центральное пространство интерьера легко, воздушно и динамично. Ажурные колоннады связывают его со всеми окружающими соседними помещениями. Пространство со всех сторон нарастает по направлению к венчающему куполу. Самый купол возникает и как бы строится во времени на глазах у зрителя; он постепенно развивается из полукуполов. Последние охватывают собой только часть интерьера, в то время как купол замыкает сверху интерьер весь в целом.
Огромное центральное пространство Софии и гораздо боле низкие и тесные, разделённые на два яруса боковые нефы скомпонованы по-разному и контрастируют друг с другом. Вместе с тем они дополняют друг друга и, сочетаясь, образуют единый архитектурный образ.
Предназначенные для народа боковые нефы похожи на дворцовые залы. Как показывают исследования Большого константинопольского дворца, это сходство действительно имело место и, переходя из дворца в Софию, знатные прихожане видели перед собой как бы продолжение анфилад дворцовых залов. Каждый боковой неф Софии воспринимается как несколько неясное в своих границах и размерах живописное пространство. Поперечные стенки с арками прикрывают собой не только наружные стены, но и колоннады среднего нефа. По мере движения вдоль нефа поперечные стенки и колонны образуют самые различные сочетания, видные в различных ракурсах и многообразных взаимных пересечениях. Когда открываются более значительные куски наружных стен, выступает их ажурный характер. Внизу они плотнее, так как прорезаны только тремя большими окнами в каждом подразделении стены. Над этими окнами открывается сплошное застекление под полуциркульной кривой свода, так что свет свободно вливается в интерьер. На противоположной стороне нефа этому соответствуют колоннады, открывающиеся в средний неф.
Общую живописность боковых нефов усиливают мраморная облицовка, поднимающаяся до основания сводов и ограждённая сверху мраморным прорезным карнизом, а также золото мозаик, покрывающих своды. Благодаря сильной расчленённости пространства и многочисленным поперечным стенкам, различные части помещений освещены по-разному. Степень же освещённости глубоко продумана и точно взвешена мастерами.