סגולותיהם הרפואיות של המרחצאות מתוארות גם על ידי הביוגרף היווני אאונאפיוס (Eunapius), אשר ביקר במקום במאה הרביעית: "גדרה הוא מקום בסוריה בו יש מרחצאות חמים. עולים עליו באיכותם רק מרחצאות באיה (Baia) במפרץ נאפולי שבאיטליה. הוא לא ניתן להשוואה למרחצאות מרפא אחרים."
מתחם המרחצאות הרומאיים, ששטחו כ-500 מ"ר, מרוכז מסביב לעין אל מקלה, הנובע בסמוך לאפיק נחל הירמוך. מי המעיין מגיעים לבריכה עליונה, ממנה הם נשפכים לסדרה של שבע בריכות, שכל אחת מהן ממוקמת באולם נפרד. ייתכן כי לכל בריכה הייתה טמפרטורה אופיינית, במטרה לאפשר למתרחץ להסתגל בהדרגה לטמפרטורת המים, באמצעות מעבר מבריכה אחת לשנייה. ייתכן גם שלכל קבוצת חולים במחלה מסוימת היה אולם משלה, כדברי הנוסע המוסלמי אל-מוקאדסי, שביקר במקום במאה ה-10: "אנשי טבריה אומרים שהמים (בחמת גדר) היו בעבר מוקפים במבנים, כל אחד מהם למחלה מיוחדת".
התאורה באולמות המקורים הגיעה ממספר רב של חלונות. שרידי השמשות נמצאו בחפירות. החלונות פנו לכיוון דרום-מערב, כדי להבטיח קליטה מרבית של אור השמש. המסלול שעבר בין המרחצאות נמשך לאורך 12 מטר, בשביל שהיה מרוצף אבני בזלת מסותתות היטב. משני צדיו הוצבו ספסלי אבן. ממסדרון הכניסה ניתן היה להיכנס לכל אחד מהאולמות. במעבר נכללו שערים מקושטים.
החפירות באתר המרחצאות החלו בשנת 1979 על ידי יזהר הירשפלד וגיורא סולר מהאוניברסיטה העברית בירושלים, החברה לחקירת ארץ-ישראל ועתיקותיה ורשות העתיקות, ונמשכו שבע עונות חפירה. לדעת יזהר הירשפלד, מנהל החפירות, קיימים ממצאים הקבורים עדיין במעבה האדמה, כמו שער הכניסה המרכזי וחדרי קבלה ואירוח. העלון למבקרים בהוצאת החברה המפעילה את האתר מוסר כי בחפירות שנערכו בשנת 1979 נמצאו במקום יותר מ-5,000 מטבעות, אלפי בקבוקי זכוכית, חרסים וכתבים על שיש. נאמר בו ש"הם עומדים להיות מוצגים במוזיאון לעתיקות שיוקם במיוחד למטרה זו".
חופרי האתר כינו את אחת הבריכות כ"בריכת המצורעים". על פי מחקרם הבריכה הייתה נתונה בתוך חלל ארכיטקטוני ארוך וצר, המפריד בין אולם האומנות שמצפון לבין האולם האובלי (סגלגל) שבדרום. הבריכה הכילה ממצאים עשירים ביותר, כגון נרות חרס. עדויות ארכאולוגיות אלו מזכירות את התיאור המפורט שמסר אנטונינוס מפְּלַקֶנְטִיָה, עולה רגל שביקר במקום בשנת 570, וכולל בתיאוריו את בריכת המצורעים.
בית הכנסת.
בית הכנסת בחמת גדר הוא בית כנסת עתיק שנבנה במאה הרביעית, דבר המעיד, כנראה, על קיומה של אוכלוסייה יהודית בעלת אמצעים באזור. הביקורים החוזרים של המתרחצים במרחצאות הביאו לכך שהם הרימו תרומה נכבדה לבניית בית הכנסת. מתוכנן ומעיצובן של הכתובות שנמצאו בשלושת הפסיפסים שברצפת בית הכנסת עולה כי מדובר באוכלוסייה אמידה, אשר שכרה אומנים לעיצוב רצפת הפסיפס. חלקו העליון של הפסיפס שוחזר ומצוי בכניסה לבניין בית המשפט העליון בירושלים. לדעת החוקרים, רצפה נוספת של בית הכנסת נמצאת במעמקי האדמה בלא שנחשפה בשלב זה.
חמת גדר בכתבי חז"ל.
חמת גדר נזכרת עשרות פעמים בכתבי חז"ל:
התקופה הביזנטית.
הפופולריות של המרחצאות גברה בתקופה הביזנטית. באולם המזרקות התגלו חמש כתובות שבהן נזכרת הקיסרית אֶלְיָה אֶוּדוֹקִיָה (401–460), שהייתה אשתו של הקיסר הביזנטי תאודוסיוס השני 401–450 והתגוררה בירושלים. היא הכירה את השירה היוונית ובהתאם לכך ניסחה את הכתובות.
גודלה של כתובת הקיסרית אליה אודוקיה בת 16 השורות הוא 1.81 על 0.71 מטר. היא כתובה על לוח שיש, נושאת את תוארה המלכותי של הקיסרית ומפארת את המעיינות והמרחצאות של חמת גדר. אשר עובדיה מניח במאמרו כי כתובת השבח חוברה בהזדמנות החגיגית של חנוכת המרחצאות או אגף שלהן.
התקופה המוסלמית.
ב-5 בדצמבר 662, נקבעה ב"אולם המזרקות" כתובת המספרת על השיפוצים שנערכו במקום בימיו של הח'ליף האומאי מועאויה הראשון, ששמו מופיע בכתובת, בפקודתו של המושל המקומי עבדאללה אבן אבו האשם / אבו עאצם. המרחצאות חרבו כנראה במאה השמינית או במאה התשיעית, שכן נוסע מוסלמי מהמאה העשירית, אל-מוּקאדסי, כותב על המרחצאות בלשון עבר: "אנשי טבריה אומרים שהמים (בחמת גדר) היו מוקפים בעבר במבנים, כל אחד מהם למחלה מיוחדת". מכך ניתן ללמוד כי במאה העשירית המרחצאות כבר לא היו בשימוש. המקום חרב ברעידת אדמה שעדות לה נמצאה במהלך החפירות.
המרחצאות היו בשימוש כשש מאות שנה, הצטיינו בחזותם האדריכלית שהייתה מקור גאווה לאנשי המקום, וכן היו מקור הכנסה חשוב עבורם. שמם של המרחצאות העתיקים של חמת גדר נשמר בשמו של כפר ערבי שכן - תל באני - ככל הנראה שיבוש של המילה הלטינית המקורית ל"מרחצאות" - בּלנֵאוּם או באניום.
בתקופה העות'מאנית.
מאז הכיבוש הצלבני ועד לשלהי התקופה העות'מאנית כמעט ולא היו מרחצאות חמת גדר בשימוש. בראשית המאה ה-20 הוקמה במקום תחנת רכבת, במסעף שחיבר את מסילת רכבת העמק עם מסילת הרכבת החיג'אזית. רכבת העמק, שתחנת המוצא שלה הייתה בחיפה, חצתה את הירדן ועברה באפיק הירמוך עד לעיר דרעא שבסוריה, שם התחברה המסילה ל"מסילת הרכבת החיג'אזית" שפעלה בין דמשק לבין אל-מדינה שבחיג'אז, ערב הסעודית, ושימשה את עולי הרגל המוסלמים בדרכם לערי הקודש מכה ומדינה.
מבנה תחנת הרכבת בחמת גדר עומד על תלו עד היום. כן ניתן לצפות בגשרים של המסילה על פני הירמוך, במנהרות קצרות שבהן עברה ובתחנות רכבת נוספות (אלו הם מבנים באפיק הנחל עם גגות רעפים אדומים). אחדים נצפים מהכביש העובר מחמת גדר עד משולש הגבולות של ישראל, ירדן וסוריה.
בתקופה העות'מאנית הוקם במקום חמאם. הוא בנוי מעל המעיין עין אֶ-רִיח, חַמֶּת, אשר נשפך לירמוך. חום מימיו הגיע ל-37°. היום הוא סגור למבקרים. צורת החמאם היא מלבנית והוא מחולק ל-2 אולמות: האולם הגדול ובו בריכה המלאה תמיד מים שכן היא בנוי מעל נביעה והאולם הקטן יותר ובו מים חמים יותר. היום המבנה הרוס למדי ותקרת האולם הגדול חסרה ברובה.
קיים באתר גם מבנה נטוש של חמאם מודרני אשר נמצא במרחק די גדול מהחמאם הטורקי, כמה מאות מטרים בתוך הסבך. הוחל בבנייתו לאחר שנות ה-50. החמאם בנוי בסגנון מערבי, עם חלוקה למספר בריכות מרוצפות בגדלים שונים, חדרי הלבשה וחדרי שירותים.
בתקופת המנדט.
בשנות העשרים של המאה העשרים חָכַר סולימאן נדיף ביי, ערבי עשיר ובעל השפעה, את אדמות המקום מממשלת המנדט וקיבל זיכיון להקמת ולהפעלת מרחצאות בתמורה לשירותים שנתן לבריטים במהלך מלחמת העולם הראשונה. בראשית שנות הארבעים החל נדיף ביי בהקמת המרחצאות מחדש. פרופסור סוקניק, בספרו על בית הכנסת (ראו להלן), הודה לו על העזרה שהגיש לביצוע החפירות הארכאולוגיות.
משטרת אל חמה.
ב-1941 הקימו הבריטים מבנה משטרה במצוק מעל אל חמה כחלק מפרויקט הקמת מצודות טגארט. המשטרה הוחזקה על ידי צוות שוטרים בריטים עד הקמת המדינה.
מלון מרפא.
מרפא היה בית מלון ופנסיון ובו 45 חדרים, שפעל בין השנים 1944–1967, על פי זיכיון של שלטונות המנדט הבריטי לסלימן נדיף ביה, ובמימון של זאב ספיר מחיפה. לקראת סיום המנדט הבריטי, בסתיו 1947, נאלץ ספיר לנטוש את חמת גדר מטעמי ביטחון ומשפחת נדיף המשיכה להפעילו לבד עד מלחמת ששת הימים.
ליל הגשרים.
בליל הגשרים, הלילה שבין 16 ביוני ל-17 ביוני 1946, פוצץ הפלמ"ח בפעולה מתואמת אחד-עשר גשרים בארץ ישראל. אחד מהגשרים היה גשר אל-חמה על נהר הירמוך. הגשר פוצץ על ידי כוח מהגדוד השלישי של הפלמ"ח בפיקוד אהרן ספקטור. הגשר, שאורכו היה 130 מטר, היה הגשר הארוך ביותר באותה עת בארץ ישראל. הגשר מעולם לא שוקם.
הכיבוש הסורי.
במלחמת העצמאות פונה המלון מדייריו וזאב ספיר חולץ מידי הערבים שהשתלטו על המקום. צבא סוריה פלש לתחומי מדינת ישראל, וטור סורי שנע לכיוון הדגניות (דגניה א' ודגניה ב') כבש את אזור אל-חמה, שעל פי החלטה 181 נועד להיות בתחום המדינה היהודית. לאחר מלחמת העצמאות וחתימת הסכם שביתת הנשק בין ישראל לסוריה בשנת 1949, האזור הוכרז כשטח מפורז.
תקרית אל-חמה.
ב-4 באפריל 1951 (יום רביעי, כ"ז אדר ב' תשי"א) ניסתה ישראל לממש את הריבונות שלה בחמת גדר ושלחה לאתר מחלקה של חיילים במדי שוטרים, בפיקוד קצין משטרה. לפי הסכם שביתת הנשק משנת 1949 נקבע כי חמת גדר תיכלל ב"אזור המפורז הדרומי" – מנוקייב (צפונית לעין גב) עד מעגן, כולל בקעת חמת גדר, אז אל-חמה. סעיף הפירוז בהסכם שביתת הנשק נותר מעורפל. הצדדים, הישראלי והסורי, לא הגיעו להסכמה באשר למהות הפירוז: ישראל ראתה בשטחים המפורזים שטחים ריבוניים שבהם מותרת פעילות אזרחית מלאה ופעילות צבאית מוגבלת. ואילו סוריה ראתה בשטחים אלה שטחי הפקר, שבהם אין לקיים כל פעילות צבאית, ותאושר נוכחות אזרחים בלבד וכוחות שיטור אזרחיים. מכל מקום, בגרסה הרשמית של הסכם שביתת הנשק, באנגלית, המונח המפורש היה שהאזורים הללו הם "ללא צבא" (demilitarized) ולא רק שלא נאסרה בהם נוכחות של אזרחים ישראלים - להפך, נכתב שנוכחות אזרחים מותרת (סעיף V5e) באישור יושב-ראש ועדת הבקרה המשותפת.
הכוח, שנשלח להפגין נוכחות באל-חמה, יצא לדרכו ממשטרת צמח בשני כלי רכב. במבואות אל-חמה יצאו לקראת חיילי הכוח חיילים סוריים, וקראו להם לסגת מיד. הכוח סירב והמשיך בדרכו. הסורים פתחו באש. כלי הרכב הסתובבו כדי לחזור, רכב אחד הצליח לשוב על עקבותיו ואילו השני נתקע באמצע הכביש. במטח היריות נהרגו שבעה לוחמים, שלושה נפצעו ואחד נשבה. למחרת בוצעה פעולת התגמול הראשונה לאחר שביתת הנשק על ידי חיל האוויר הישראלי.
כל החיילים שנהרגו היו עולים חדשים, שעלו לישראל זמן קצר קודם לכן (רובם בגילאי 18–24). ב-2015 הוקם לזכרם במקום התקרית, אתר הנצחה בשם יד לשבעה.