Calcestruzzo
Il tipo scelto è molto particolare, in grado di consentire non solo il raggiungimento di requisiti estetici richiesti, ma anche il superamento delle problematiche tecniche legate all'esecuzione dell'opera. La volontà di creare grandi spazi con una struttura snella richiedeva infatti l'utilizzo di una fitta armatura, con conseguenti difficoltà di getto. Il calcestruzzo usato è stato così realizzato con un andamento granulometrico discontinuo, usando solo tre pezzature quali "risino" (0-4 mm), "riso" (4-8 mm), "noce" (20-30 mm) nelle percentuali di 15, 25 e 60, ottenendo una miscela quasi priva della componente finissima, ma con una abbondante presenza di quella grossa per aumentare le resistenze meccaniche. In particolare gli inerti sono costituiti da marmo bianco chiaro apuano, di prima qualità proveniente dalla zona di Lucca, mentre il cemento è di tipo bianco così da avere una elevata brillantezza e purezza nel colore oltre ai requisiti fisici e chimici dei cementi portland, per non parlare poi di un rapido indurimento e di una alta resistenza.
Cemento bianco e inerti di marmo apuano portano alla realizzazione del ferrocemento che caratterizza la copertura, composta da 42 archi parabolici (circa m. 70 di luce) tra loro affiancati e costituiti da 18 elementi ondulati prefabbricati. All'interno delle onde è stato inserito l'impianto di condizionamento dell'aria e la loro forma consente la correzione acustica, oltre alla focalizzazione dell'attenzione dei fedeli sul trono papale con il loro intensificarsi in prossimità di esso.

Rivestimento esterno in travertino
Lastre di notevole spessore, ancorate alla struttura attraverso delle grappe di bronzo di alluminio di adeguate dimensioni, rivestono tutte le facciate esterne dell'opera, fatta eccezione per quella del Sinodo.
Questi elementi in travertino hanno uno spessore di circa cm. 5 e dimensioni pari a m. 1,50 per m. 2,00 e sono state rifinite mediante sabbiatura, tranne le lastre poste negli angoli che invece hanno uno spessore di cm. 6 e una superficie bocciardata a formare il bugnato.
Anche il cornicione che corre su tutti i lati dell'edificio si compone di blocchi di travertino formanti una copertina e da blocchi verticali per la sottocopertina, aventi uno spessore di circa cm. 25 e una lunghezza di m. 1,50, per un peso di circa 500 kg.

Pavimentazione
La pavimentazione del palco sul quale è collocato il trono papale e quella dell'atrio d'ingresso alla Sala sono realizzate in marmo Calacatta Vagli.

Finestre ovali
Ai lati della Sala ci sono due grandi finestre di forma ellittica costituite da un vano finestra e da due imbotti, di legno all'interno, di travertino all'esterno. Per ciscun imbotte esterno dei due rosoni sono stati necessari 28 conci di travertino dal peso compreso tra i 40 e i 100 quintali, ancorati alla struttura cementizia mediante grappe in bronzo di alluminio opportunamente dimensionate. Nel vano finestra è stata collocata la struttura portante a nervature, realizzata con elementi prefabbricati di conglomerato di cemento bianco. Tra le nervature è presente una tamponatura di mattoni di vetro, per la cui messa in opere sono intervenuti specialisti vetrai. La muratura in mattoni di vetro, che ha uno spessore di cm. 10 e si presenta sfaccettata all'esterno e liscia nella parte interna, è dotata di proprietà elastiche inalterabili nel tempo e una elevata resistenza agli agenti atmosferici. I mattoni di vetro che la compongono sono stati uniti tra loro mediante sigillanti al silicone e, subito dopo la loro messa in opera, sono stati sottoposti ad un accurato controllo di ermeticità: lungo i giunti fu indirizzato, a distanza ravvicinata, un getto d'aria compressa proveniente dall'esterno, mentre all'interno l'operazione veniva seguita con un recipiente contenente talco, la cui eventuale spolveratura metteva in evidenza difetti della saldatura che così poteva essere ripresa su entrambe le facce.
Nei vani tra le nervature, ultimato il montaggio della parete in mattoni di vetro, furono inserite le lastre di vetro colorate di Haynal, prevedendo una piccola intercapedine tra esse e la muratura stessa.