El edificio termal romano de Sant Grau fue construido alrededor del año 50 d. C. sobre un balneario anterior, de los siglos II-I a. C. El edificio del siglo I d. C., en cambio, se conserva de una manera notablemente íntegra. El elemento básico era la gran piscina central (natatio) rectangular, de 7,90 por 6,65 metros, y de acceso escalonado. Rodeaba la piscina un corredor porticado (ambulacro), con cubierta de bóveda de cañón, del cual se conservan el pavimento de opus signinum (mortero hidráulico), las bases de los pilares que lo sostenían y, al sur, restos de la cubierta.

A los lados este y oeste había tres estancias simétricas, más grande la central que las dos laterales. Del ala este hay que remarcar la estancia central, donde había la surgencia del agua termal y que constituyó un espacio sacro. Desde aquí el agua se canalizaba a la natatio. Del ala oeste, el agua salía al exterior a través de una gran alcantarilla.

Hacia el año 200 d. C., el balneario sufrió un proceso de reformas. Se derruyó el ala oeste, se construyó un gran depósito absidal en el extremo suroeste, se repavimentó la natatio con un pavimento de opus signinum, las dos estancias laterales del ala este fueron convertidas en pequeñas piscinas y en la estancia central de esta misma ala se anuló el altar y en ella se adecuó un pequeño depósito.