Maestosa e austera nel suo aspetto moderno, la cattedrale di S. Tommaso ha subito nel corso dei secoli numerosi interventi strutturali di cui il più consistente è dovuto alle ricostruzioni operate dopo i danni della seconda guerra mondiale. Questi innumerevoli interventi rendono oggi particolarmente difficile formulare ipotesi di lettura del monumento nelle sue fasi più antiche.
L'avvicendarsi degli interventi sulla struttura muraria, l'eterogeneità dei materiali costruttivi impiegati in epoche diverse, l'incidenza dei fenomeni atmosferici e bellici, ci ha consegnato, dopo circa nove secoli dal suo impianto, un edificio che pone diversi problemi d’interpretazione nel tentativo di recuperare i livelli di lettura più antichi.
E' dall'osservazione della fabbrica attuale e dalla ricognizione dei restauri eseguiti, inglobando a volte nelle cortine murarie attuali reperti antichi, che deriva qualche riflessione sulle vicende dell'edificio e delle sue trasformazioni. Possiamo allora riconoscere qui come altrove, nella costa adriatica meridionale, i segni della fase normanno-sveva, per trarne indizi e valutazioni circa l'origine e la formazione.
Nelle linee generali, l'edificio presenta uno schema longitudinale che sembra seguire il modello delle grandi basiliche pugliesi impostosi lungamente già nei primi decenni del Duecento. Vanno qui rilevate le imprescindibili relazioni tra le vicende costruttive di questa chiesa e la complessa vita iniziale del centro urbano, documentate dalla costruzione del secondo portale monumentale trecentesco che si apre direttamente sulla piazza antistante alla chiesa e che si presenta molto rimaneggiato dopo i danneggiamenti della guerra. Portale di impianto gotico con reperti trecenteschi

Miglior sorte ha avuto l'altro portale, duecentesco, che fu costruito sull'asse longitudinale con pietre sapientemente lavorate. L'utilizzazione di particolari qualità di calcare provenienti da antiche cave costiere è testimoniata fin dal secolo XIII; il loro utilizzo nell'architettura sveva è determinato dal fatto che questo materiale è particolarmente resistente all'azione del degrado da aerosol marino.
La lavorabilità della pietra era un altro requisito per l'impiego, anche per fini decorativi di estrema raffinatezza, in particolare per la sua attitudine ad accogliere complessi motivi plastici tratti dal mondo vegetale e dal ricco repertorio geometrizzante tipico del periodo normanno-svevo. Altri segni, coevi, possono essere recuperati qui e là inglobati nelle recenti opere murarie; a volte parti di capitelli, motivi ornamentali e di monofore strombate.

Costanti appaiono le forme strutturali degli archi a ogive e delle volte a crociera impostate su peducci, nella sagrestia, di cui resta, nel migliore dei casi, visibile la sola parte incassata nelle murature. Nel programma ornamentale distribuito con misura ed eleganza, in tutto l'antico edificio è presente anche la figura umana assunta in questa stanza in funzione architettonica. Si tratta di una testa mensola con un capitello pentagonale su cui s’imposta uno dei costoloni in pietra che dava origine alla volta. Sembra quasi di avvertire, nell'espressione del volto, il riflesso degli studi di fisiognomica che intorno alla metà del XIII secolo si andava coltivando e affermando nella cerchia federiciana.