Ο ναός του Δία αποτελεί το χαρακτηριστικότερο δείγμα αρχιτεκτονικής της γενιάς του Μαραθώνα και της Σαλαμίνας. Είναι δωρικός περίπτερος, αμφίστυλος εν παραστάσι ναός. Τα δύο αετώματα έφεραν εναέτιες συνθέσεις που αποτελούν σημαντικά δείγματα του «αυστηρού ρυθμού», τον πρόναο και τον οπισθόδομο κοσμούσαν ανάγλυφες μετόπες. Ο γλυπτός διάκοσμος του ναού φανερώνει την σπουδαιότητά του. Τα αρχιτεκτονικά γλυπτά ήταν σμιλεμένα από παριανό μάρμαρο και το χρυσελεφάντινο λατρευτικό άγαλμα του Διός, που απεικόνιζε τον Δία ένθρονο, ήταν έργο του Αθηναίου γλύπτη Φειδία. Τα αετώματα του ναού παρουσιάζουν αξιόλογο ενδιαφέρον.
Το ανατολικό αέτωμα εικόνιζε την προετοιμασία της αρματοδρομίας Οινόμαου και Πέλοπα με κριτή στο κέντρο της σύνθεσης τον Δία. Το αέτωμα συνθέτουν μορφές στατικές σε στάση περισυλλογής. Το δυτικό αέτωμα εικόνιζε μάχη Κενταύρων και Λαπίθων. Στο κέντρο της σύνθεσης στέκει ο θεός Απόλλων περιστοιχισμένος από τους ήρωες Θησέα και Πειρίθου. Ως θεός του φωτός και του λόγου στρέφει το κεφάλι δεξιά και με το δεξί χέρι καθορίζει την έκβαση της δραματικής συμπλοκής, μέσα από το θέμα της κενταυρομαχίας αποτυπώνεται η πρόκληση της ύβρεως και η καταστολή της. Οι μορφές των αετωμάτων είναι ολόγλυφες προσαρμοσμένες στο χώρο του αετώματος, εμφανίζονται είτε στατικές είτε σε κίνηση, επιδιώκοντας να δώσουν τη φυσική αίσθηση των μυών τον όγκο και την υφή των ενδυμάτων Για πρώτη φορά στην ελληνική τέχνη εικονίζεται το γήρας με ρεαλιστικό τρόπο.Ο όγκος και η πτυχολογία των ενδυμάτων χρησιμοποιείται για να αποδοθεί η αίσθηση της βίαιης κίνησης. Στις 12 μετόπες εικονίζονται οι δώδεκα άθλοι του Ηρακλή.
Η αγωνιστικότητα και ο ηρωισμός στην εξοχότερη μορφή τους κατατροπώνουν τα τέρατα της βίας και της αταξίας και επιβάλλουν το ιδεώδες της υπεροχής με πρότυπα τον Δία, τον Απόλλωνα, την Αθηνά και τον Ηρακλή. Σε όλες τις μορφές των αετωμάτων και των μετοπών οι μορφές παρουσιάζονται απαλλαγμένες από το αρχαϊκό μειδίαμα, που συμβόλιζε την ευδαιμονία Θεών και αρίστων. Επίσης έχει αποφευχθεί η μετωπικότητα των μορφών. Ο «αυστηρός ρυθμός» των γλυπτών του αρχιτεκτονικού τους διάκοσμου, εκφραζόταν με την απώλεια του αρχαϊκού μειδιάματος των μορφών και την επίτευξη φυσιοκρατικού τρόπου απόδοσης των μυών του προσώπου. Οι δημιουργοί τώρα καινοτομούν αποτυπώνοντας την σοβαρότητα στην έκφραση του προσώπου ακόμα και στις βιαιότερες συνθέσεις, η αυστηρή παρέμβαση του καλλιτέχνη έδινε ιδανικά την ανθρώπινη μορφή παγώνοντας την ύλη. Τόσο η έκφραση των προσώπων όσο και η στάση των μορφών δημιουργεί μια αίσθηση σοβαρότητας. Σε αυτό συνέτεινε και η αναπαράσταση του γυναικείου ενδύματος, καθώς υπάρχει αντικατάσταση του ιωνικού χιτώνα, με τον βαρύ πέπλο που δεν επέτρεπε μεγάλη κίνηση στην πτυχολογία.
Τα νοήματα που προσπάθησε να αποδώσει ο Ηλείος αρχιτέκτονας Λίβων ήταν ότι ο ναός του Δία ως πανελλήνιο ιερό ήταν το κέντρο του ελληνικού κόσμου αλλά και το κέντρο της Ελλάδας. Οι παραστάσεις των άθλων του Ηρακλή υπαινίσσονταν την ισότιμη θέση που κατείχε ως ιδρυτής των Ολυμπιακών αγώνων μαζί με εκείνη του Πέλοπα που εκπροσωπούσε την παλαιότερη ιστορία του ιερού. Και οι δύο αετωματικές παραστάσεις αποτελούσαν την ιδανική προβολή της αίγλης του ιερού του Διός και των ιδεωδών των Ολυμπιακών αγώνων.