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Lo stabilimento, costruito probabilmente su un terreno di proprietà della sua famiglia (Caecinae Decii Albini), aveva un carattere meno popolare di quello fatto edificare da Caracalla pochi decenni prima, essendo destinato agli illustri personaggi dell'epoca, come dimostrano alcune iscrizioni rinvenute in loco che attestano anche il suo uso almeno fino al V sec. (l'ultimo restauro avvenne nel 414, dopo l'incursione gotica).

La pianta dell'edificio è conosciuta da un disegno del Palladio, scoperto dal Lanciani nella collezione Devonshire. In essa si nota uno sviluppo simmetrico dei vari ambienti (ninfei, palestre, spogliatoi) ai lati di una grande sala centrale: il frigidarium o il tepidarium.

Le sue rovine erano ancora visibili all'epoca del Nolli che le disegnò in una pianta nel 1748.

Le terme si possono localizzare con certezza nella zona occupata attualmente dalla piazza del tempio di Diana e dai vicini fabbricati, sorti nell'area dell'antica Vigna Torlonia.

Le rovine dell'edificio furono viste più volte a seguito di ritrovamenti fortuiti e scavi: nel XVII secolo fu scoperta una sala con mosaici e con le pareti decorate da pitture e stucchi (forse nella stessa epoca furono rinvenute anche opere d'arte famose come l'Ercole fanciullo in basalto verde e il rilievo con Endimione dormiente conservati ai Musei Capitolini); altre rovine riemersero durante i lavori di sistemazione della piazza nei primi decenni del '900.

Alcuni avanzi rimangono tuttora nei sotterranei del Casale Torlonia e un tratto della muratura, ancora oggi visibile, sotto la piazza.

Tale muro taglia un vano di una domus preesistente che fu utilizzata come fondazione delle terme stesse. Gli ambienti della domus ora accessibili, particolarmente imponenti per l'altezza delle pareti dipinte, sono situati a 10,20 m sotto il livello stradale.

Sugli intonaci bianchi sono affrescati, con partiture lineari a strisce rosse e verdi, piccoli riquadri nei quali sono campiti paesaggi, maschere, candelabri, fiori ed altri elementi fitomorfi.

Di particolare interesse la soluzione pittorica dei soffitti, che sono decorati con un motivo concentrico che trasforma le volte a crociera in cupole ottagonali.

In base a bolli laterizi e allo stile pittorico, gli ambienti possono essere attribuiti alla prima metà del II sec. d.C. (fra l'epoca tardo-adrianea e quella degli Antonini).

In questo edificio furono inglobate strutture più antiche con murature in opera quasi reticolata, ancora parzialmente ricoperte da pitture di primo stile pompeiano, attribuibili al II sec. a.C., che appartenevano ad una casa privata tardo repubblicana. Altri ambienti dello stesso complesso furono visti negli anni 1867-72 nella vigna Torlonia, durante lavori di fortificazione per la difesa dell'Aventino contro i Garibaldini.

Tali ambienti appartengono probabilmente allo stesso nucleo che aveva inglobato case più piccole risalenti fino all'età repubblicana (a circa 70 m sotto "Casa Bellezza" a largo Arrigo VII, stata riportata alla luce un'altra ricca domus dello stesso periodo).

E' stato proposto di riconoscere in questo insieme di edifici i Privata Traiani, la casa di Traiano che le fonti localizzano sull'Aventino e da altri identificata con i resti sotto la chiesa di S. Prisca. E' probabile, comunque, che la ricca domus facesse parte del patrimonio imperiale, poi parzialmente inglobata da Decio nella costruzione delle terme.