En la arquitectura de Teotihuacán se emplearon las particularidades arquitectónicas propias de la pirámide que ya se conocían en Cuicuilco con la aplicación de una serie de plataformas que van achicándose conforme toman un nuevo nivel ascendente (solo que en Cuicuilco se trata de un cono, mientras que aquí son pirámides). Así pues se comenzó a edificar siguiendo el tipo de Cuicuilco, es decir una serie de plataformas por la penetración decrecientes con sus lados en talud. Más tarde se difundió el sistema constructivo de tablero sobre talud.
La arquitectura alcanzó el gusto por la geometría y por el saber científico de las matemáticas, empleando un canon especial y una orientación muy meditada. Se conseguía así un contraste muy especial de luces y sombras engalanado por la decoración pictórica y la escultura.
Los santuarios o templos que coronaban las pirámides no resistieron el paso del tiempo; el estudio de arqueólogos e historiadores sobre las ruinas actuales hace suponer que eran edificios oscuros y estrechos, concebidos para ser contemplados y ser testigos de ceremonias religiosas, pero nunca para ser vividos. Sin embargo las estructuras de los edificios residenciales de los barrios de la periferia y del propio centro ceremonial, son diferentes, con un diseño pensado y adaptado a la medida y exigencias del hombre que los habitaba. Generalmente estas viviendas se desarrollaban en torno a un patio de nivel más bajo al que se accedía bajando uno o más escalones. En las casas de los barrios de la periferia vivían grupos de personas que podían estar relacionados por lazos familiares o por lazos de trabajo. En los patios se han encontrado vestigios de altares ceremoniales destinados al culto religioso íntimo y privado.
Se utilizó el cemento teotihuacano formado por una mezcla de piedra volcánica molida y lodo para recubrir los edificios. Encima se daba una capa de enlucido de cal que recibía la ornamentación pictórica.
Tanto la cimentación como los basamentos estudiados en Atetelco fueron construidos con el llamado tepetate, una roca típica del subsuelo de la región.
El tezontle era un material de roca volcánica (muy abundante en el entorno de Teotihuacán), porosa y muy recia pero al mismo tiempo fácil de labrar, de color negro o rojizo.
La piedra se utilizaba en todas las construcciones y también se ha encontrado este material para fabricar los desagües de la ciudad, de sección rectangular, cubiertos por lajas. Se empleó la piedra para hacer los escalones de las escaleras y las cornisas.
Uno de los materiales más utilizados fue el adobe, no era tan resistente al tiempo y por lo tanto difícil de encontrar intacto al cabo de los siglos, pero que existe en los núcleos de algunos edificios.
La madera era muy utilizada para pilastras y jambas de las puertas (característico del Patio Pintado, edificio cuidadosamente estudiado). La madera llegó a ser imprescindible, tanto para la construcción como para el modo de vida pues era la energía propia de los hogares. Se utilizó en tales cantidades que llegaron a la desforestación. Algunos autores creen que éste fue quizás uno de los motivos de abandono de la ciudad.
Existieron varios periodos en el desarrollo arquitectónico de la ciudad, es decir, distintas etapas de su evolución. El historiador y arqueólogo franco-americano René Millon, tras unas exhaustivas y completas investigaciones, elaboró en 1973 un mapa cronológico-geográfico —planteado del 7 al 14 de agosto de 1996 en la Mesa Redonda de la Sociedad Mexicana de Antropología— con las siguientes secuencias:
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