L’amphithéâtre a été construit
avec différents matériaux, tous faciles à trouver proche de Rome: le travertin des carrières de Tibur, aujourd’hui Bagni di Tivoli, pour les piliers, le plancher et la façade (pour le transport du travertin une route a été construite dans ce but); les blocs de tuf pour les autres piliers; les briques pour les sols et les murs et le ciment pour les voûtes.

Le travertin (lapis tiburtinus) est une roche sédimentaire composée principalement de calcite ou d’aragonite précipitées des eaux calcaires à proximité de sources, cascades, grottes, etc. De couleur blanchâtre, jaunâtre ou rosâtre, il a une structure à bande, souvent avec des fossiles, riche en vacuoles. Le travertin, utilisé dans la construction et comme revêtement des sols et des murs, est commun en Toscane, Ombrie, Latium, Marches.
La pierre peut résister à une pression de 226 à 298 kg / cm, en fonction de sa qualité.

Le tuf est une roche formée par la cimentation, sous l’action de l’eau, des débris volcaniques projetés lors d’une éruption explosive, qui forme des couches melangées avec des coulées de lave. De couleur gris, jaunâtre, verdâtre ou rougeâtre, il est utilisé dans la préparation de ciments spéciaux et comme pierre de construction.
À Rome, il y a sept qualités de tuf volcanique : Aniene, Campidoglio, Cappellaccio, Fidene, Grotta oscura, Monteverde et Peperino. Il semble qu’après les graves dommages subis par les structures de tuf du Colisée après l’incendie de 217, les réparations ont été réalisées avec un type de pierre appelée Pietra Gabina (de Gabi), un tuf qui est résistant aux flammes.

Les briques étaient faites d’argile mélangée avec de l’eau et souvent avec du sable, de la paille ou de la pouzzolane fine. Le mélange était comprimé à la main dans un moule en bois. Dans un premier temps les briques séchaient au soleil et devaient être tournées souvent pour éviter qu’elles se recroquevillassent. Ensuite elles séchaient pendant un certain temps dans un endroit couvert et bien ventilé. Enfin, elles étaient empilées et cuites au four à une température d’environ 800 degrés. Les briques ainsi obtenues et produites dans des formats normalisés (briques pleines et creusées, tuiles, etc.), étaient utilisées comme éléments de structure dans les travaux de maçonnerie, tels que les revêtements de toiture et comme matériaux pour remplir les espaces entre les piliers.

Le béton est un matériau de construction constitué d’un liant, produit par le broyage fin de calcaire et d’argile, mélangés et cuits (clinker). Il réagit avec l’eau formant ainsi une suspension, qui, dans une période de temps variable, durcit jusqu’à atteindre la texture de la pierre. Quand il est mélangé avec du sable et de gravier ou de la pierre concassée on l’appele béton. Le cemento romano (béton romain, qu’à Rome on appele communément malta) est composé de chaux obtenue par calcination et de pouzzolane. Au ciment on mélangait des morceaux de pierre, qui variaient en fonction de l’utilisation du ciment : avant d’être agglomérées à force dans le ciment les pierres étaient trempées dans l’eau pendant plusieurs jours.

Le mortier (malta) est un mélange plastique d’un liant (par exemple de la chaux, du ciment) avec de l’eau (malta simple) ou avec de l’eau et du sable (malta composta), utilisé dans la construction grâce à la propriété qu’il a de durcir à l’air (malta aerea) ou sous l’eau (malta idraulica).

La chaux est un cimentant que les Romains obtenaient par calcination du calcaire. Le carbonate de calcium une fois « chauffé » libre le dioxyde de carbone et produit l’oxyde de calcium, également appelé chaux vive. Cette-ci, en contact avec de l’eau, se transforme en hydroxyde de calcium.
En termes de produits chimiques: le carbonate de calcium CaCO3 se transforme, à partir de 800 °C, en CaO + CO2 c’est à dire produit du dioxyde de carbone CO2, qui est libéré sous forme de gaz. Ce qui reste, le CaO, immergé dans l’eau devient CaO + H2O hydroxyde de calcium Ca (OH) 2, ou chaux éteinte.
En ajoutant ensuite de l’eau à la chaux,  les Romains obtenaient:
* Chaux grasse (grassello) dense et huileuse, utilisée comme liant pour le ciment;
* Le lait de chaux, avec 20 à 30% d’eau, utilisée pour la teinture;
* L’eau de chaux, claire et désinfectante, utilisée en médecine.

Ci-dessous quelques liens sur l’ingénierie romaine et sur les matériaux:
* Le ciment romain – Panthéon romain: le triomphe du béton – articles et recherches de David Moore, PE : http://www.romanconcrete.com/
* A propos de béton romain
*… et encore…