Para su construcción, Brunelleschi utilizó un juego de doble cúpula, una interna y otra externa, formadas por dos capas construidas con dos roscas de ladrillo separados por una rosca de ladrillo a perpiaño, que avanzan en forma de espiral que hace más rígido el conjunto a la vez que configura un espacio como cámara de aire que da ligereza a la cúpula, dibujando a la vez hilos directores y rematada con linterna.