Основу крестово-купольной системы составляет прямоугольный объем, образованный стенами здания. Внутри находятся четыре свободно стоящих столба, соединенных со стенами и между собой арками, несущими своды. Они поддерживают световой барабан с куполом, переходы к которому заполнены парусами. К центральному квадрату примыкают четыре прямоугольных конца, перекрытые цилиндрическими сводами и ориентированные по сторонам света. Восточный конец завершается полукруглой нишей (апсидой), в которой находится алтарь. Угловые помещения между концами креста перекрыты сводами той или иной формы. Восточные угловые помещения, где располагаются дьяконник и жертвенник, тоже, как правило, завершаются апсидами. Таково основное композиционное ядро крестово-купольного храма.
Организация внутреннего пространства четырех- и шестистолпных крестово-купольных храмов может быть изначально усложнена также за счет пониженных притворов, расположенных по сторонам света, в результате чего план приобретает крестообразные очертания (Георгиевский собор в Юрьеве-Польском и собор Рождества Богородицы в Суздале).
Крестово-купольные храмы могут иметь один, три или пять световых барабанов. От количества световых барабанов зависит интенсивность и специфика воздухообмена в крестово-купольном здании.
Так как четырехстолпные храмы отличаются, как правило, довольно скромными размерами, пятиглавые среди них встречаются редко. Древнейшие шестистолпные храмы имели один (Борисоглебский собор в Чернигове) или три (Георгиевский собор Юрьева монастыря и собор Антониева монастыря в Новгороде) световых барабана. Более поздние крестово-купольные шестистолпные храмы имеют пять световых барабанов (Успенский и Архангельский соборы Московского Кремля, соборы Хутынского монастыря в Новгороде и Новодевичьего — в Москве, Софийский собор в Вологде и др.).
