Les thermes, ou bains publics, ont été construits au Ier siècle av. J.- C., selon les modèles italiques des IIe-Ier siècles av. J.- C. C'était un service public indispensable dans une ville romaine. Ils avaient une double fonction. D'une part on trouvait les bains thermaux et un gymnase, et d'autre part c'était un lieu de réunion et d'échange entre citoyens. Au musée, on conserve les dépendances principales du bâtiment d'origine.
La palestre était une cour rectangulaire en plein air, avec une zone couverte réservée à la pratique d'exercices de gymnastique. La partie de la palestre des thermes de Baetulo est devenue un vestiaire, encore visible aujourd'hui.
Le frigidarium était la salle destinée aux bains d'eau froide. Il y avait une piscine peu profonde où les usagers pouvaient se rafraîchir après avoir fait leurs exercices dans la palestre.
Le tepidarium était une pièce tempérée, de transition entre le frigidarium et le caldarium. Il était utilisé pour l'épilation et les massages.
Le caldarium était la salle principale destinée aux bains d'eau chaude. Il était recouvert d’une voûte qui permettait de conserver la chaleur. Une piscine rectangulaire a été conservée ; elle chauffait au moyen d'un four ou praefurnium. Il faut remarquer les mosaïques d'origine sur le sol.