Los capiteles bizantinos son muy variados, en su mayoría se desarrollan a partir del clásico corintio, pero tienden a tener un nivel de superficie uniforme, con la ornamentación socavada con taladros.
En Santa Sofía se utilizan dos tipos de capitel: compuesto y jónico. El capitel compuesto, que floreció durante el imperio bizantino tardío, principalmente en Roma, es una combinación de corintio y jónico. El espacio principal de la nave está jalonado de capiteles compuestos. Los jónicos se utilizan detrás de los primeros, en las columnas de las galerías que no dan a la nave, y ocupan una posición menos importante frente al corintio o compuesto, lo que al parecer iba a ser su sino hasta bien entrado el siglo XIX, cuando los edificios se proyectan por primera vez con un orden jónico monumental.
Así pues, en Santa Sofía los capiteles bizantinos no siguen el modelo imperial normal, donde los órdenes principales son de imposta más bien pesada, cubiertos por completo por toda suerte de hojas de acanto esculpidas. En algunos, parece como si las lujuriantes hojitas hubieran quedado atrapadas entre las ramas de las volutas. Evidentemente, una nueva sensibilidad alejada de la clásica se había apoderado de su diseño.
En la iglesia de los Santos Sergio y Baco y en otras de la época puede apreciarse esta experimentación en toda su magnitud. Dado que el clasicismo posrrenacentista en Europa menospreció radicalmente esa producción, ya que la consideró ajena a la norma de la tradición “clásica”, conviene resaltar que la tal tradición estaba más abierta a la experimentación de lo que a primera vista pudiera parecer.
Además, tras la caída del imperio romano, en el que a menudo se utilizaban modelos normalizados, los artesanos locales fueron invitados a demostrar su destreza, y es más que evidente que muchos de ellos utilizaban motivos importados del norte, o bien ellos mismos eran visigodos cristianizados. Los capiteles bizantinos en San Vital de Rávena muestran ondulados y delicados motivos florales de follaje que habían sido utilizados anteriormente para decorar hebillas de cinturón y hojas de daga. Su forma piramidal invertida tiene aspecto de cesto.
En la basílica Eufrasiana en Porec, en la costa adriática, pueden verse unos capiteles de dos zonas, con aves en las esquinas y parras delicadamente labradas debajo. En Tesalónica hay capiteles que también consisten en motivos curvilíneos abstractos, junto con otros de hojas que parecen azotadas por el viento. Los capiteles de los Santos Sergio y Baco presentan un delicado estarcido, donde los zarcillos arremolinados de acanto resaltan frente a la oscuridad de un fondo profundamente labrado. Como los espacios a su alrededor, se expanden hacia el interior y el exterior.