حمامات زنوبيا في تدمر هي المكان الأكثر زيارة من قبل السياح القادمين إلى سورية، وهو شبيه في ذلك بالحمامات التي تمت دراستها في أنطاكية. البوابات لا تزال موجودة وتم ترميمها في الخمسينيات من القرن الماضي من قبل المديرية العامة للآثار في سورية.

تقع الحمامات بين المسرح والقوس الرئيسي إلى جانب شارع الأعمدة، وتحتل مساحة مستطيلة الشكل طولها 80 متراً، ورغم أن أعمال التنقيب في الجزء الشمالي قليلة وغير كاملة، يمكن القول أن المبنى ينقسم إلى جزأين، حيث نجد على يسار الممر الطويل: القسم الأيمن البارد، القسم الأيسر الساخن، ثم نجد المدخل ثم القاعة الباردة حيث توضع الملابس، كما نجد حوضاً كبيراً للسباحة مع أحواض أخرى. أما القسم الساخن فمساحته أقل ومعظم جدرانه تم تفكيكها. ومن المخطط العام للحمامات نجد ساحة طويلة على شكل بازيليك وجدت فيها أجزاء من بعض التماثيل، ومن هذا الممر نصل إلى القسم الساخن، الذي يضم ثلاثة مراحل، حيث نرى 4 سخانات للماء ضمن نظام تسخين تقليدي.

هناك مؤشرات معمارية تعطينا تسلسلاً زمنياً معقداً، حيث تم بناء الحمامات على عدة مراحل، وتم توسيعه أيضاً على عدة مراحل. وتضم المجموعة الأولى من البناء ثلاث قاعات للحمام الساخن تتدرج بين فاترة وساخنة، ولم تكن هذه القاعات كبيرة جداً وهي تعود على الأغلب للقرن الثاني قبل الميلاد. ثم حدث تطور في المبنى وجاءت التحديثات لترتبط بشارع الأعمدة واحتوت عدداً كبيراً من القاعات الباردة. وعندما توسعت المدينة، وتم إعادة ترتيب المحور الأساسي، تغير تموضع الحمام وأصبح في مركز المدينة. إن المساحة الكبيرة القابعة في مواجهة البازيليك بالحمامات تشبه ما نجده في جرش وبصرى والساحل السوري وهي تعود إلى القرن الثالث الميلادي، وإذا ما كانت هذه المدن الكبيرة قد توسعت، فإن الحمامات لم تتوسع بشكل كبير. وبعد سقوط المدينة على أيدي الرومان تم إعادة تنظيمها بحيث ارتبطت الحمامات بمقر السلطة مباشرة، وأضيف إلى المخطط الأصلي حمامات ذات أحجام متوسطة وأخرى صغيرة.