La cisterna venne interamente scavata nel tufo della collina prospiciente il porto, ad 8 metri sul livello del mare. A pianta rettangolare, alta 15 metri, lunga 72 e larga 25, con una capacità di 12.600 metri cubi. E\' sormontata da un soffitto con volte a botte, sorretto da 48 pilastri a sezione cruciforme, disposti su quattro file da 12.
L\'acqua veniva prelevata attraverso i pozzetti realizzati sulla terrazza che sovrasta le volte con macchine idrauliche, e da qui canalizzata verso il porto. La struttura muraria realizzata in opus reticulatum e, così come i pilastri, sono rivestiti di materiale impermeabilizzante. Una serie di finestre lungo le pareti laterali e gli stessi pozzetti superiori provvedevano all\'illuminazione e all\'aerazione dell\'ambiente. Sul fondo, nella navata centrale, si trova una piscina limaria di 20 metri per 5, profonda 1,10 metri, che veniva utilizzata come vasca di decantazione e di scarico per la pulizia e lo svuotamento periodico della cisterna.
La piscina mirabilis costituiva il serbatoio terminale di uno dei principali acquedotti romani, l\'acquedotto augusteo, che portava l\'acqua dalle sorgenti del fiume Serino, a 100 chilometri di distanza, fino a Napoli e ai Campi Flegrei.
