Основным достижением средневизантийской архитектуры стало создание крестово-купольной архитектурной системы, оформление которой было начато в IX в., а классические образцы даны в конце XI-начале XII вв.
По отношению к ранневизантийскому этапу развития средневизантийская архитектура демонстрирует качественно новый этап. В первый период культовое строительство происходило в рамках актуализации и трансформации предшествующих либо современных художественных традиций и их синтезирования. Второй этап - создание нового качества византийской архитектуры, не имеющего аналогов в истории архитектуры и являющегося органичной визуализацией византийской картины мира. В 1054 г. Произошло официальное разделение христианства на католичество и православие, начавшееся еще в IX в. Поэтому крестово-купольная система являет собой модель византийски-православного мироотношения, противопоставившего себя как «правое», «правильное» по отношению к католичеству и образующего идеал на основе ценностей созерцательности, камерности и интимности диалога человека с Богом.
Основная крестово-купольная ячейка представляет собой одновременно архитектурный тип, конструктивную систему и архитектурно- художественный организм. Ядром крестово-купольного здания является квадратная в плане ячейка. Четыре стены (в плане квадрат) ограждают пространство, внутри которого симметрично расположены четыре свободно стоящие опоры. Квадрат опорами делится на девять частей, выделяя центральный квадрат. Все части квадратного плана перекрыты сводами.
Ключевыми элементами в крестово-купольной системе являются купол над центральным квадратом и цилиндрические своды над рукавами креста. Цилиндрические своды образуют архитектурный крест вокруг купола, что и породило название системы. Крест есть не только основа плана, но и принцип архитектурной конструкции. Купол выявляет основную вертикальную ось здания. Однако купол вырастает из пересечений двух других пространственных координат, выявленных четырьмя цилиндрическими сводами рукавов креста. Вследствие этого композиционная основа крестово-купольного здания представляет собой компактную завязку трех основных направлений пространства. Крестово- купольный храм представляет собой ось координат, держащую на себе все полюса натяжения и гармонизующие их. Крестово-купольный храм - организованное место встречи севера, юга, запада и востока и одновременно место встречи небес и земли. От вертикального подкупольного пространства через рукава креста к угловым помещениям.
Крестово-купольная система сложилась на основе подразделения культового здания на центральную часть, в середине которого находится амвон, и на окружающее эту центральную часть пространство. Эта схема несколько усложняется за счет прибавления алтарного помещения, что создает ось движения между амвоном и центральной апсидой. Алтарь всегда отделен от помещения для собравшихся алтарной преградой, что делало существующее натяжение двух центров храма преодолеваемым исключительно духовным усилием.
Крестово-купольные сооружения строились трехнефные и пятинефные. Трехнефные крестово-купольные здания могли быть четырехстолпные и шестистолпные. Шестистолпный вариант возникал при присоединении к трехнефному зданию нартекса с запада, в результате чего стена между нартексом и основным зданием превращалась в арочные проемы.
В средневизантийское время купол обычно сооружался на высоком барабане. Крестово-купольное сооружение представляет собой систему взаимно уравновешенных сводов. Распор купола на барабане погашается за счет толщины стен барабана. На подпружные арки приходится только вертикальная нагрузка. Распор, грозящий опрокинуть опорные столбы, вызывается парусами, принимающими на себя часть тяжести барабана и купола. Распор погашается для каждого столба двумя арками, соединяющими столбы с наружными стенами, а также за счет сводов угловых помещений. Распор сводов угловых помещений погашается массой стен или заменяющих их столбов, а также распором сводов примыкающих помещений.
Одной из характерных для византийской культуры идей была идея иерархичности устройства бытия. Идея иерархии составила визуальную основу архитектурной крестово-купольной композиции. Девять пространственных ячеек здания находятся в отношениях гармоничного соподчинения. Импульс доминирующего энергетического диктата исходит из центрального подкупольного пространства. Ему подчинены четыре рукава креста. Им подчинены угловые помещения, меньшие в плане и более низкие. Получается стройная пирамидальная композиция.