Para dar la suntuosidad deseada a este edificio, Arbós utilizó una gran variedad de materiales de construcción, tanto naturales (calizas, granitos y mármoles) como artificiales (ladrillos, cementos y metales), traídos desde diferentes puntos de España y hasta del extranjero, gracias a la revolución de los transportes en esa época, sobre todo a la expansión del ferrocarril por toda la Península Ibérica. Del mismo modo, utilizó técnicas constructivas revolucionarias para esa época como fue el uso de estructuras metálicas para el esqueleto del edificio, la sustitución de la fabrica de sillería pétrea natural por una fábrica de ladrillo recubierta por placas de piedra natural y el empleo en la edificación de cementos naturales y artificiales como hormigones y morteros. En definitiva, Fernando Arbós fue un arquitecto innovador que utilizaba cualquier clase de material de construcción (natural o artificial) que le permitiera jugar con las formas y los contrastes.
Las piedras naturales aparecen principalmente como placas de revestimiento en las fachadas exteriores, aunque también hay sillares. El granito, procedente primero de la Sierra de Guadarrama de las canteras de El Berrocal y Alpedrete (granito berroqueño) y luego de Toledo de unas canteras localizadas al noroeste, aparece como sillares en los zócalos de las fachas exteriores del Panteón y en el muro de contención que rodea a todo el recinto. Ambos granitos son similares pero el de Toledo tiene cristales un tamaño más grande y es de un tono más claro y menos azulado.
La caliza blanca, empleada en todas las fachadas exteriores y en los zócalos, esquinas, cornisas, molduras, arcos de las bóvedas, arquería de los ventanales,... del interior, es de Torrubia (Cuenca) y aparece, tanto como sillares como placas de revestimiento. Las placas de revestimiento en las fachadas exteriores tienen unos 10 cm de espesor y configuran las bandas más anchas. En estas zonas se alterna con placas y sillares más estrechos de otra caliza negra procedente de Calatorao (Zaragoza). Los sillares presentan espesores de hasta 70 cm y las placas de 35 cm. La caliza blanca de Colmenar es escasa, limitándose su presencia al muro de contención.
Los mármoles aparecen en las fachadas exteriores, en los fustes de las columnas de ventanales y puertas y en los elementos decorativos que aparecen en los frontones. El mármol blanco es de Fuenteheridos (Huelva) y de Macael (Alicante), y el mármol negro es de Bélgica.
Disposición bandeada del revestimiento de piedra caliza del Panteón
La participación de los materiales artificiales es muy importante en estas edificaciones, aunque aparecen cubiertos por las piedras naturales al ser considerados como materiales pobres y poco estéticos. Los materiales artificiales más empleados fueron los ladrillos, que configuran la fábrica de sus muros, y los cementos que aparecen como: morteros de junta entre los ladrillos de la fábrica, morteros de revestimiento de los muros en el interior de las galerías, morteros de adherencia de las piedras naturales a la fábrica de ladrillo, morteros de pavimentación de las galerías y hormigón hidráulico para la cimentación y el macizado de los edificios.
F. Arbós fue unos de los precursores del uso del cemento en edificación, pues hasta entonces sólo era utilizado en obras públicas. Utilizó dos tipos de cementos naturales de procedencia nacional y uno artificial (Portland), procedente de Marsella (Francia) y que estaba resurgiendo con fuerza en Europa. Los cementos naturales eran: un cemento de fraguado lento procedente de San Celoní (Barcelona) y utilizado como mortero de junta entre los ladrillos de la fábrica y como hormigón hidráulico en la cimentación y macizado, y un cemento de fraguado rápido procedente de San Juan de las Abadesas (Gerona) y Zumaya (Guipúzcoa) y utilizado como mortero de revestimiento de la fábrica de ladrillo en el interior de las galerías, como mortero de junta entre los ladrillos de la fábrica que constituyen las bóvedas y como mortero de adherencia de las placas de piedra natural en el exterior de los edificios. El cemento Portland se utilizó en la cimentación y macizado de los edificios, principalmente de la torre-campanario, y en la pavimentación de las galerías del claustro.
El interior de las galerías se encuentra pintado, apareciendo hermosas pinturas al fresco en sus bóvedas y techos. Estas pinturas se asientan sobre enlucidos de cal y yeso.
Decoración pictórica de la bóveda
Decoración de las columnas de la bóveda con ramas de palmera y escudos labrados en piedra y encima pintados
Detalle de la decoración de una de las bóvedas
Decoración del techo de la galería Este
La presencia de los metales también es importante. Las cubiertas y las cúpulas semiesféricas son de zinc pintadas de rojo. Las cúpulas aparecen además adornadas con motivos plateados y las cubiertas son a dos aguas.
La verja de hierro del cerramiento y los ventanales del claustro son también diseño de Fernando Árbos. En 1913, Árbos encargó la fabricación y la puesta en obra de 11 vidrieras a los señores Mauméjean Hermanos.
Cúpula y cubierta a dos aguas, forradas de zinc y pintadas de rojo
