Το εκπληκτικό με την Αγία Σοφία είναι ότι παραμένει όρθια εδώ και 1500 περίπου χρόνια, παρά τους μεγάλους σεισμούς που έγιναν στην περιοχή.
Μυστήριο αποτελεί ο τρόπος κατασκευής του ναού αλλά και οι τεχνικές που εφαρμόστηκαν. Τα δομικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είχαν χαμηλής αξίας μηχανικές ιδιότητες και οι μηχανικοί και τεχνίτες αναγκάστηκαν να αναπτύξουν έξυπνες μεθόδους κατανομής των φορτίων και σύνδεσης της κατασκευής.
Ο σχεδιασμός του τρούλου από τοιχοποιία είναι ένα θαύμα μηχανικής, για τον έξυπνο τρόπο στήριξής του σε τέσσερα τόξα αλλά και τον τρόπο που μοιράζονται τα φορτία και τις συνδέσεις. Τα υλικά (τούβλα, πέτρες, μάρμαρα) είχαν αντοχή στη θλίψη αλλά όχι στον εφελκυσμό. Έπρεπε λοιπόν τα σημεία που δέχονται φορτία να σχεδιαστούν με τρόπο που να δέχονται θλιπτικές τάσεις.
Για την στήριξη του τρούλου χρησιμοποιήθηκαν τόξα και τοξωτά παράθυρα που δέχονται θλιπτικές τάσεις.
Το φορτίο από τον τρούλο μεταφέρεται στα τόξα, στις κολόνες, στα θεμέλια και τελικά στο έδαφος.
Τα ροδίτικα τούβλα ήταν πιο ελαφριά, το 1/6 του κανονικού τούβλου και ο ασβέστης ζυμώθηκε με λάδι αντί για νερό. Η Αγία Σοφία άντεξε 64 σεισμούς μέχρι 7,4 Ρίχτερ.