Der Hobby-Archäologe H. J. Beckers und später der Berufs-Archäologe Prof. A. E. van Giffen haben systematische Ausgrabungen vorgenommen. Zu diesem Zeitpunkt waren alle Mauerfragmente und Fundamente freigelegt, teilweise sogar bis unter die Fundamentsohle. In den 1950er Jahren wurde die Anlage wieder zugedeckt, um dann zwischen 1976 und 1977 wieder freigelegt zu werden. Damals wurden die Fundamente mit einer leichten Stahlkonstruktion überdacht, dem Hauptraum des neu gegründeten Thermenmuseums. 

Letztendlich blieben aber zu viele unbeantwortete Fragen, um zu einem eindeutigen Modell zu kommen. Um die Kohärenz zwischen den verschiedenen Forschungsdisziplinen zu gewährleisten, wurden im Vorfeld Forschungsfragen formuliert. Der Forschungsbericht wurde im Jahr 2019 zur Verfügung gestellt. Dieser Bericht war einer der Bausteine des integralen Forschungsberichts, der im Jahr 2020 präsentiert wurde.

Es war daher nicht möglich, hier neue archäologische Untersuchungen durchzuführen, abgesehen von Probegrabungen, um einige zusätzliche Beobachtungen zu ermöglichen und den Erhaltungszustand des Geländes zu ermitteln. Daher war es notwendig, auf bestehende archäologische Forschungen aus den 1940er Jahren zurückzugreifen. Die damaligen Mittel und Methoden waren noch nicht so weit entwickelt wie heute. Außerdem war die Fragestellung eine andere als heute. Damals konzentrierte sich die Forschung mehr auf die Bestimmung von Fundamenten. Zum Glück sind Vermessungszeichnungen, Fotos und (Tages-)Berichte aus den 1940er Jahren erhalten. Außerdem wurden sehr zahlreiche Funde getätigt. Dieses Quellenmaterial wurde eingehend geprüft, teilweise sogar neu interpretiert und gezeichnet. Dies lieferte eine Menge zusätzlicher Daten im Vergleich zu den bestehenden Veröffentlichungen.

Anschließend wurden alle Räume, die Wandflächen mit Innen- und Außenanstrichen und die Fußböden akribisch dokumentiert und analysiert. Eine solche Untersuchung hatte man hier noch nie mit solcher Präzision durchgeführt. Das ergab eine Menge neuer Daten.

Wo normalerweise Unterschiede in der Zusammensetzung des Mörtels auf unterschiedliche Bauphasen hinweisen, war dies hier nicht immer der Fall. Vor allem im Mauerwerk des Caldariums wurden viele Baufugen aufgrund von Mörtelunterschieden gefunden, die aber keineswegs einer Bauphase entsprachen. Offensichtlich wurden während des Baus immer wieder kleine Portionen Mörtel zubereitet, aber immer in unterschiedlichen Zusammensetzungen und Mischungen. Schon mit dem Auge lassen sich deutliche Farbunterschiede erkennen.  

An einigen entscheidenden Stellen fehlen Teile des Gebäudes (beim Verfall seit dem fünften Jahrhundert oder bei der Ausgrabung verloren gegangen) oder wurden einschneidend repariert, so dass die Verbindung einiger Räume untereinander nicht mehr feststellbar ist. Die Forschung schien in eine Sackgasse geraten zu sein.

Andere Forschungsgebiete

Im Gegensatz zu vielen anderen Forschungsarbeiten von Kees Peterse war dies eine Teilstudie. Während der Forschungsarbeiten tauschten die verschiedenen Forscher zwar Informationen aus, aber erst bei der Ausarbeitung des Gesamtberichts fand eine Synthese statt. Man kam zu dem Schluss, dass das Gebäude in der Zeit zwischen 65 und 73 errichtet und um 100 erweitert wurde. Ab dem dritten Jahrhundert wurden Teile des Gebäudes nicht mehr genutzt, bis es im fünften Jahrhundert ganz aufgegeben wurde. Danach geriet es in Verfall und Vergessenheit.

Ein Ergebnis, mit dem man nicht zufrieden sein konnte? Die baugeschichtliche Forschung lieferte viele Informationen über die Anlage, insbesondere in Bezug auf ähnliche Thermen. Kees Peterse hat viel zum Wissen über den Plan, die Entwicklung und die Nutzung der Thermen von Heerlen beigetragen. Nicht alle Fragen konnten beantwortet werden, womöglich werden sie das nie. Es sind zu viele Daten verloren gegangen. Die große Bedeutung der Thermen wurde jedoch noch einmal unterstrichen.

Auch die eingehendere konstruktive Analyse auf der Grundlage der von der Archäologin Lynne Lancaster zur Verfügung gestellten Daten führte nicht zu eindeutigen Schlussfolgerungen. Sie kam zu dem Schluss, dass beim Einsatz von Tonnengewölben aus Beton die Wandstärke nie weniger als ein Zehntel der Spannweite beträgt, sondern immer mindestens zwei römische Fuß (59,2 cm). In Heerlen hat das Tepidarium eine Wandstärke von 60 cm mit einer freien Spannweite von 554 cm, das Caldarium eine Wandstärke von 60 bis 69 cm mit einer freien Spannweite von 633 cm. Gab es doch ein Kraggewölbe, das Vitruv als ein System von Eisenstäben oder Bögen beschreibt, die an Holzbalken befestigt waren, zwischen denen Terrakottaplatten mit Putz eingelegt waren? Reste einer solchen Konstruktion wurden in der Villa Silberberg in Bad Neuenahr-Ahrweiler gefunden.

Für die Daten zum Caldarium war die Forschungsarbeit in den Thermen von Pompeji und Herculaneum, die alle aus der Zeit nach 79 n. Chr. stammen, von besonderer Bedeutung. Dies zeigte, dass im ersten Jahrhundert nach Christus, also genau in der Zeit, in der die Thermen von Heerlen gebaut wurden, sich ein radikaler Wandel in der Planung und Ausführung dieser Räume vollzogen hat. Die älteren Exemplare aus dieser Zeit sind niedrig und dunkel, die jüngeren sind hoch und hell. Dies scheint mit der Entwicklung von Fensterglas zusammenzuhängen. Fenster mit Glaseinsatz konnten wesentlich zur Erwärmung der Räume beitragen. Der Fensterglasfund in Heerlen lässt auf ein hohes Caldarium schließen, bei dem der Beginn des Gewölbes höher als 2,5 m bis maximal 4,5 m war.