Il complesso termale, compreso all'interno del monastero trecentesco annesso alla chiesa di Santa Chiara, è sito in un'area che ricadeva al di fuori della cinta muraria, ad Ovest della porta urbica della città greco-romana. La scoperta dell’edificio e l’analisi di vecchi e nuovi rinvenimenti archeologici hanno chiarito come il luogo sia divenuto, già dal I secolo d.C., per rimanere tale almeno fino al IV secolo d.C., un quartiere residenziale con edifici a carattere pubblico. Inglobato nella cinta muraria a seguito dell'ampliamento del 440 d.C., il complesso conservò infatti la sua funzione termale sino all'età tardo antica, quando se ne affrontò una consistente ristrutturazione. L’area archeologica comprende una serie di ambienti termali e rappresenta tuttora il più completo esempio di thermae documentato a Neapolis. L’impianto, che si estende per una superficie di oltre mq 900, può collocarsi cronologicamente fra la metà e la fine del I secolo d.C. L'edificio presentava verosimilmente il principale accesso sull’asse stradale antico (decumanus), ricalcato dall’attuale via Benedetto Croce, articolandosi in due settori paralleli: quello della piscina, prospiciente probabilmente un cortile con funzione di palestra, e quello degli ambienti termali veri e propri. Dell'antica palestra sono oggi visibili solo alcune tracce del muro perimetrale della zona porticata ed un corridoio che divideva la palestra stessa dalla piscina; di quest'ultima, inizialmente coperta, si conservano, invece, resti della banchina e delle scale di accesso. Sul lato meridionale dello scavo, una vasca ottagonale, di età posteriore, venne impiantata in un ambiente che probabilmente in origine costituiva l’accesso della piscina. Su tutto il lato occidentale è inoltre un condotto idrico, forse parte di una più grande conduttura derivata dall'acquedotto del Serino. Le sale termali vere e proprie si dispongono su due livelli, di cui uno ipogeo. Nell’ambiente centrale del pianoterra, il laconicum (per i bagni di aria calda e secca), collegato ai tepidaria (per i bagni a temperatura mediamente calda), vi sono evidenti tracce di canalizzazione: i tubuli, per il passaggio dell’aria calda, ed alcune colonnine cave (suspensurae), che reggevano il pavimento sospeso sull'ipocausto. Nell’area settentrionale dello scavo si trova, trasformata successivamente in cisterna, una sala che, per il suo orientamento verso Nord, farebbe pensare ad un frigidarium (per i bagni di acqua fredda) o ad un ninfeo. Alle spalle della parete meridionale di essa è infine un vestibolo, dal quale si accedeva al livello ipogeo. Alcuni reperti rinvenuti nel corso dell'esplorazione dell'edificio termale sono esposti in una delle sale del Museo dell'Opera di Santa Chiara, insieme ai resti degli arredi scultorei e agli oggetti di uso comune e arte sacra recuperati dalla chiesa di età angioina (XIV secolo), dal suo chiostro e dal suo monastero, sopravvissuti all'incendio che distrusse il complesso monumentale nel 1943. Aperto nel 1995 in alcuni ambienti del monastero in origine occupati dagli appartamenti delle monache, il Museo racconta le vicende costruttive e lo sviluppo storico-artistico della cittadella francescana.