La nef de cinq travées est recouverte par une charpente en bois. Elle est éclairée par des baies sans ornement particulier. Cette nef s'ouvre sur la partie la plus ancienne de l'édifice par trois arcades légèrement outrepassées.

Le centre de cette partie est délimité par quatre arcades surmontées d'une tour lanterne. La base de la tour lanterne est composée d'un triforium à trois baies aveugles, puis d'une fenêtre. Au centre de la voûte qui couronne le tout se trouve une croix.

Chaque arcade ouvre sur une travée voûtée en berceau cintré. Reliées entre elles, ces travées permettent la circulation autour du carré central. De plus, elles donnent sur des chapelles semi-circulaires, et sur la nef à l'ouest.

La chapelle orientale constitue le chœur. Ses ornements sont plus recherchés que dans les chapelles nord et sud. Trois petites baies l'éclairent. Elles sont vitrées de feuilles d'albâtre et leurs ébrasements sont ornés de croix. Au-dessus, on trouve une série d'arcatures aveugles, encadrée en bas et haut de frises de motifs sculptés.

La pièce la plus intéressante est la superbe mosaïque qui orne le cul-de-four. Elle est probablement l' oeuvre d'un artiste byzantin. Elle représente l'arche d'Alliance, surmontée de deux chérubins et encadrée de deux archanges.

Les vêtements de ces archanges sont animés par le souffle de l'Esprit Saint. La main de Dieu est tendue vers l'arche pour la bénir.
En dessous de la mosaïque, on trouve une inscription latine, inspirée des livres 7 et 8 des Rois, nous invitant à la contemplation et la prière :

" Vois ici et contemple le saint oracle et ses chérubins ;
Ici resplendit l'arche du testament divin.
Devant ce spectacle, efforce-ce toi de toucher par les prières le Maître du tonnerre ;
Et ne manque pas, je t'en prie, d'associer Théodulphe à tes prières. "